f9ca6cc553c7ce0346784eb0bf451e6b5d9fec97
[cascardo/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118
119 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355
356 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
357 {
358         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
359                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
360                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
361
362         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
363                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
364 }
365
366 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
367 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
368 {
369         int ret = 0;
370         unsigned seq;
371         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
372         unsigned long sp, start_pfn;
373
374         do {
375                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
376                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
377                 sp = zone->spanned_pages;
378                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
379                         ret = 1;
380         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
381
382         if (ret)
383                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
384                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
385                         start_pfn, start_pfn + sp);
386
387         return ret;
388 }
389
390 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
391 {
392         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
393                 return 0;
394         if (zone != page_zone(page))
395                 return 0;
396
397         return 1;
398 }
399 /*
400  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
401  */
402 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
403 {
404         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
405                 return 1;
406         if (!page_is_consistent(zone, page))
407                 return 1;
408
409         return 0;
410 }
411 #else
412 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
413 {
414         return 0;
415 }
416 #endif
417
418 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
419                 unsigned long bad_flags)
420 {
421         static unsigned long resume;
422         static unsigned long nr_shown;
423         static unsigned long nr_unshown;
424
425         /* Don't complain about poisoned pages */
426         if (PageHWPoison(page)) {
427                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
428                 return;
429         }
430
431         /*
432          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
433          * or allow a steady drip of one report per second.
434          */
435         if (nr_shown == 60) {
436                 if (time_before(jiffies, resume)) {
437                         nr_unshown++;
438                         goto out;
439                 }
440                 if (nr_unshown) {
441                         pr_alert(
442                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
443                                 nr_unshown);
444                         nr_unshown = 0;
445                 }
446                 nr_shown = 0;
447         }
448         if (nr_shown++ == 0)
449                 resume = jiffies + 60 * HZ;
450
451         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
452                 current->comm, page_to_pfn(page));
453         __dump_page(page, reason);
454         bad_flags &= page->flags;
455         if (bad_flags)
456                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
457                                                 bad_flags, &bad_flags);
458         dump_page_owner(page);
459
460         print_modules();
461         dump_stack();
462 out:
463         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
464         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
465         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
466 }
467
468 /*
469  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
470  *
471  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
472  *
473  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
474  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
475  *
476  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
477  * page destructors. See compound_page_dtors.
478  *
479  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
480  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
481  */
482
483 void free_compound_page(struct page *page)
484 {
485         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
486 }
487
488 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
489 {
490         int i;
491         int nr_pages = 1 << order;
492
493         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
494         set_compound_order(page, order);
495         __SetPageHead(page);
496         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
497                 struct page *p = page + i;
498                 set_page_count(p, 0);
499                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
500                 set_compound_head(p, page);
501         }
502         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
503 }
504
505 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
506 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
507 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
508                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
509 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
510 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
511
512 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
513 {
514         if (!buf)
515                 return -EINVAL;
516
517         if (strcmp(buf, "on") == 0)
518                 _debug_pagealloc_enabled = true;
519
520         if (strcmp(buf, "off") == 0)
521                 _debug_pagealloc_enabled = false;
522
523         return 0;
524 }
525 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
526
527 static bool need_debug_guardpage(void)
528 {
529         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
530         if (!debug_pagealloc_enabled())
531                 return false;
532
533         return true;
534 }
535
536 static void init_debug_guardpage(void)
537 {
538         if (!debug_pagealloc_enabled())
539                 return;
540
541         _debug_guardpage_enabled = true;
542 }
543
544 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
545         .need = need_debug_guardpage,
546         .init = init_debug_guardpage,
547 };
548
549 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
550 {
551         unsigned long res;
552
553         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
554                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
555                 return 0;
556         }
557         _debug_guardpage_minorder = res;
558         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
559         return 0;
560 }
561 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
562
563 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
564                                 unsigned int order, int migratetype)
565 {
566         struct page_ext *page_ext;
567
568         if (!debug_guardpage_enabled())
569                 return;
570
571         page_ext = lookup_page_ext(page);
572         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
573
574         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
575         set_page_private(page, order);
576         /* Guard pages are not available for any usage */
577         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
578 }
579
580 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
581                                 unsigned int order, int migratetype)
582 {
583         struct page_ext *page_ext;
584
585         if (!debug_guardpage_enabled())
586                 return;
587
588         page_ext = lookup_page_ext(page);
589         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
590
591         set_page_private(page, 0);
592         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
593                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
594 }
595 #else
596 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
597 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
598                                 unsigned int order, int migratetype) {}
599 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
600                                 unsigned int order, int migratetype) {}
601 #endif
602
603 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
604 {
605         set_page_private(page, order);
606         __SetPageBuddy(page);
607 }
608
609 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
610 {
611         __ClearPageBuddy(page);
612         set_page_private(page, 0);
613 }
614
615 /*
616  * This function checks whether a page is free && is the buddy
617  * we can do coalesce a page and its buddy if
618  * (a) the buddy is not in a hole &&
619  * (b) the buddy is in the buddy system &&
620  * (c) a page and its buddy have the same order &&
621  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
622  *
623  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
624  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
625  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
626  * serialized by zone->lock.
627  *
628  * For recording page's order, we use page_private(page).
629  */
630 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
631                                                         unsigned int order)
632 {
633         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
634                 return 0;
635
636         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
637                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
638                         return 0;
639
640                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
641
642                 return 1;
643         }
644
645         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
646                 /*
647                  * zone check is done late to avoid uselessly
648                  * calculating zone/node ids for pages that could
649                  * never merge.
650                  */
651                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
652                         return 0;
653
654                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
655
656                 return 1;
657         }
658         return 0;
659 }
660
661 /*
662  * Freeing function for a buddy system allocator.
663  *
664  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
665  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
666  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
667  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
668  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
669  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
670  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
671  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
672  * parts of the VM system.
673  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
674  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
675  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
676  * field.
677  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
678  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
679  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
680  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
681  * triggers coalescing into a block of larger size.
682  *
683  * -- nyc
684  */
685
686 static inline void __free_one_page(struct page *page,
687                 unsigned long pfn,
688                 struct zone *zone, unsigned int order,
689                 int migratetype)
690 {
691         unsigned long page_idx;
692         unsigned long combined_idx;
693         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
694         struct page *buddy;
695         unsigned int max_order;
696
697         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
698
699         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
700         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
701
702         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
703         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
704                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
705
706         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
707
708         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
709         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
710
711 continue_merging:
712         while (order < max_order - 1) {
713                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
714                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
715                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
716                         goto done_merging;
717                 /*
718                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
719                  * merge with it and move up one order.
720                  */
721                 if (page_is_guard(buddy)) {
722                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
723                 } else {
724                         list_del(&buddy->lru);
725                         zone->free_area[order].nr_free--;
726                         rmv_page_order(buddy);
727                 }
728                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
729                 page = page + (combined_idx - page_idx);
730                 page_idx = combined_idx;
731                 order++;
732         }
733         if (max_order < MAX_ORDER) {
734                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
735                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
736                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
737                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
738                  *
739                  * We don't want to hit this code for the more frequent
740                  * low-order merging.
741                  */
742                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
743                         int buddy_mt;
744
745                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
746                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
747                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
748
749                         if (migratetype != buddy_mt
750                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
751                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
752                                 goto done_merging;
753                 }
754                 max_order++;
755                 goto continue_merging;
756         }
757
758 done_merging:
759         set_page_order(page, order);
760
761         /*
762          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
763          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
764          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
765          * that is happening, add the free page to the tail of the list
766          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
767          * as a higher order page
768          */
769         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
770                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
771                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
772                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
773                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
774                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
775                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
776                         list_add_tail(&page->lru,
777                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
778                         goto out;
779                 }
780         }
781
782         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
783 out:
784         zone->free_area[order].nr_free++;
785 }
786
787 static inline int free_pages_check(struct page *page)
788 {
789         const char *bad_reason = NULL;
790         unsigned long bad_flags = 0;
791
792         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
793                 bad_reason = "nonzero mapcount";
794         if (unlikely(page->mapping != NULL))
795                 bad_reason = "non-NULL mapping";
796         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
797                 bad_reason = "nonzero _refcount";
798         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
799                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
800                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
801         }
802 #ifdef CONFIG_MEMCG
803         if (unlikely(page->mem_cgroup))
804                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
805 #endif
806         if (unlikely(bad_reason)) {
807                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
808                 return 1;
809         }
810         page_cpupid_reset_last(page);
811         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
812                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
813         return 0;
814 }
815
816 /*
817  * Frees a number of pages from the PCP lists
818  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
819  * count is the number of pages to free.
820  *
821  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
822  * see if this freeing clears that state.
823  *
824  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
825  * pinned" detection logic.
826  */
827 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
828                                         struct per_cpu_pages *pcp)
829 {
830         int migratetype = 0;
831         int batch_free = 0;
832         int to_free = count;
833         unsigned long nr_scanned;
834
835         spin_lock(&zone->lock);
836         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
837         if (nr_scanned)
838                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
839
840         while (to_free) {
841                 struct page *page;
842                 struct list_head *list;
843
844                 /*
845                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
846                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
847                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
848                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
849                  * lists
850                  */
851                 do {
852                         batch_free++;
853                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
854                                 migratetype = 0;
855                         list = &pcp->lists[migratetype];
856                 } while (list_empty(list));
857
858                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
859                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
860                         batch_free = to_free;
861
862                 do {
863                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
864
865                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
866                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
867                         list_del(&page->lru);
868
869                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
870                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
871                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
872                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
873                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
874                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
875
876                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
877                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
878                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
879         }
880         spin_unlock(&zone->lock);
881 }
882
883 static void free_one_page(struct zone *zone,
884                                 struct page *page, unsigned long pfn,
885                                 unsigned int order,
886                                 int migratetype)
887 {
888         unsigned long nr_scanned;
889         spin_lock(&zone->lock);
890         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
891         if (nr_scanned)
892                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
893
894         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
895                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
896                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
897         }
898         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
899         spin_unlock(&zone->lock);
900 }
901
902 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
903 {
904         int ret = 1;
905
906         /*
907          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
908          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
909          */
910         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
911
912         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
913                 ret = 0;
914                 goto out;
915         }
916         switch (page - head_page) {
917         case 1:
918                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
919                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
920                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
921                         goto out;
922                 }
923                 break;
924         case 2:
925                 /*
926                  * the second tail page: ->mapping is
927                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
928                  */
929                 break;
930         default:
931                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
932                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
933                         goto out;
934                 }
935                 break;
936         }
937         if (unlikely(!PageTail(page))) {
938                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
939                 goto out;
940         }
941         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
942                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
943                 goto out;
944         }
945         ret = 0;
946 out:
947         page->mapping = NULL;
948         clear_compound_head(page);
949         return ret;
950 }
951
952 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
953                                 unsigned long zone, int nid)
954 {
955         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
956         init_page_count(page);
957         page_mapcount_reset(page);
958         page_cpupid_reset_last(page);
959
960         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
961 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
962         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
963         if (!is_highmem_idx(zone))
964                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
965 #endif
966 }
967
968 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
969                                         int nid)
970 {
971         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
972 }
973
974 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
975 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
976 {
977         pg_data_t *pgdat;
978         int nid, zid;
979
980         if (!early_page_uninitialised(pfn))
981                 return;
982
983         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
984         pgdat = NODE_DATA(nid);
985
986         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
987                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
988
989                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
990                         break;
991         }
992         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
993 }
994 #else
995 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
996 {
997 }
998 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
999
1000 /*
1001  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1002  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1003  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1004  * sent to the buddy page allocator.
1005  */
1006 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1007 {
1008         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1009         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1010
1011         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1012                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1013                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1014
1015                         init_reserved_page(start_pfn);
1016
1017                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1018                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1019
1020                         SetPageReserved(page);
1021                 }
1022         }
1023 }
1024
1025 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1026 {
1027         int bad = 0;
1028
1029         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1030
1031         trace_mm_page_free(page, order);
1032         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1033         kasan_free_pages(page, order);
1034
1035         /*
1036          * Check tail pages before head page information is cleared to
1037          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1038          */
1039         if (unlikely(order)) {
1040                 bool compound = PageCompound(page);
1041                 int i;
1042
1043                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1044
1045                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1046                         if (compound)
1047                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1048                         bad += free_pages_check(page + i);
1049                 }
1050         }
1051         if (PageAnonHead(page))
1052                 page->mapping = NULL;
1053         bad += free_pages_check(page);
1054         if (bad)
1055                 return false;
1056
1057         reset_page_owner(page, order);
1058
1059         if (!PageHighMem(page)) {
1060                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1061                                            PAGE_SIZE << order);
1062                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1063                                            PAGE_SIZE << order);
1064         }
1065         arch_free_page(page, order);
1066         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1067         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1068
1069         return true;
1070 }
1071
1072 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1073 {
1074         unsigned long flags;
1075         int migratetype;
1076         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1077
1078         if (!free_pages_prepare(page, order))
1079                 return;
1080
1081         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1082         local_irq_save(flags);
1083         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1084         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1085         local_irq_restore(flags);
1086 }
1087
1088 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1089 {
1090         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1091         struct page *p = page;
1092         unsigned int loop;
1093
1094         prefetchw(p);
1095         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1096                 prefetchw(p + 1);
1097                 __ClearPageReserved(p);
1098                 set_page_count(p, 0);
1099         }
1100         __ClearPageReserved(p);
1101         set_page_count(p, 0);
1102
1103         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1104         set_page_refcounted(page);
1105         __free_pages(page, order);
1106 }
1107
1108 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1109         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1110
1111 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1112
1113 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1114 {
1115         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1116         int nid;
1117
1118         spin_lock(&early_pfn_lock);
1119         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1120         if (nid < 0)
1121                 nid = 0;
1122         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1123
1124         return nid;
1125 }
1126 #endif
1127
1128 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1129 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1130                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1131 {
1132         int nid;
1133
1134         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1135         if (nid >= 0 && nid != node)
1136                 return false;
1137         return true;
1138 }
1139
1140 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1141 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1142 {
1143         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1144 }
1145
1146 #else
1147
1148 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1149 {
1150         return true;
1151 }
1152 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1153                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1154 {
1155         return true;
1156 }
1157 #endif
1158
1159
1160 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1161                                                         unsigned int order)
1162 {
1163         if (early_page_uninitialised(pfn))
1164                 return;
1165         return __free_pages_boot_core(page, order);
1166 }
1167
1168 /*
1169  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1170  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1171  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1172  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1173  * pageblocks.
1174  *
1175  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1176  *
1177  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1178  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1179  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1180  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1181  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1182  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1183  * page in a pageblock.
1184  */
1185 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1186                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1187 {
1188         struct page *start_page;
1189         struct page *end_page;
1190
1191         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1192         end_pfn--;
1193
1194         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1195                 return NULL;
1196
1197         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1198
1199         if (page_zone(start_page) != zone)
1200                 return NULL;
1201
1202         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1203
1204         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1205         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1206                 return NULL;
1207
1208         return start_page;
1209 }
1210
1211 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1212 {
1213         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1214         unsigned long block_end_pfn;
1215
1216         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1217         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1218                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1219                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1220
1221                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1222
1223                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1224                                              block_end_pfn, zone))
1225                         return;
1226         }
1227
1228         /* We confirm that there is no hole */
1229         zone->contiguous = true;
1230 }
1231
1232 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1233 {
1234         zone->contiguous = false;
1235 }
1236
1237 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1238 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1239                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1240 {
1241         int i;
1242
1243         if (!page)
1244                 return;
1245
1246         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1247         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1248             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1249                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1250                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1251                 return;
1252         }
1253
1254         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1255                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1256 }
1257
1258 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1259 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1260 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1261
1262 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1263 {
1264         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1265                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1266 }
1267
1268 /* Initialise remaining memory on a node */
1269 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1270 {
1271         pg_data_t *pgdat = data;
1272         int nid = pgdat->node_id;
1273         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1274         unsigned long start = jiffies;
1275         unsigned long nr_pages = 0;
1276         unsigned long walk_start, walk_end;
1277         int i, zid;
1278         struct zone *zone;
1279         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1280         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1281
1282         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1283                 pgdat_init_report_one_done();
1284                 return 0;
1285         }
1286
1287         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1288         if (!cpumask_empty(cpumask))
1289                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1290
1291         /* Sanity check boundaries */
1292         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1293         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1294         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1295
1296         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1297         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1298                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1299                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1300                         break;
1301         }
1302
1303         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1304                 unsigned long pfn, end_pfn;
1305                 struct page *page = NULL;
1306                 struct page *free_base_page = NULL;
1307                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1308                 int nr_to_free = 0;
1309
1310                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1311                 pfn = first_init_pfn;
1312                 if (pfn < walk_start)
1313                         pfn = walk_start;
1314                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1315                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1316
1317                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1318                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1319                                 goto free_range;
1320
1321                         /*
1322                          * Ensure pfn_valid is checked every
1323                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1324                          */
1325                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1326                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1327                                         page = NULL;
1328                                         goto free_range;
1329                                 }
1330                         }
1331
1332                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1333                                 page = NULL;
1334                                 goto free_range;
1335                         }
1336
1337                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1338                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1339                                 page++;
1340                         } else {
1341                                 nr_pages += nr_to_free;
1342                                 deferred_free_range(free_base_page,
1343                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1344                                 free_base_page = NULL;
1345                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1346
1347                                 page = pfn_to_page(pfn);
1348                                 cond_resched();
1349                         }
1350
1351                         if (page->flags) {
1352                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1353                                 goto free_range;
1354                         }
1355
1356                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1357                         if (!free_base_page) {
1358                                 free_base_page = page;
1359                                 free_base_pfn = pfn;
1360                                 nr_to_free = 0;
1361                         }
1362                         nr_to_free++;
1363
1364                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1365                         continue;
1366 free_range:
1367                         /* Free the current block of pages to allocator */
1368                         nr_pages += nr_to_free;
1369                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1370                                                                 nr_to_free);
1371                         free_base_page = NULL;
1372                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1373                 }
1374
1375                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1376         }
1377
1378         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1379         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1380
1381         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1382                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1383
1384         pgdat_init_report_one_done();
1385         return 0;
1386 }
1387 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1388
1389 void __init page_alloc_init_late(void)
1390 {
1391         struct zone *zone;
1392
1393 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1394         int nid;
1395
1396         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1397         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1398         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1399                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1400         }
1401
1402         /* Block until all are initialised */
1403         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1404
1405         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1406         files_maxfiles_init();
1407 #endif
1408
1409         for_each_populated_zone(zone)
1410                 set_zone_contiguous(zone);
1411 }
1412
1413 #ifdef CONFIG_CMA
1414 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1415 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1416 {
1417         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1418         struct page *p = page;
1419
1420         do {
1421                 __ClearPageReserved(p);
1422                 set_page_count(p, 0);
1423         } while (++p, --i);
1424
1425         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1426
1427         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1428                 i = pageblock_nr_pages;
1429                 p = page;
1430                 do {
1431                         set_page_refcounted(p);
1432                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1433                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1434                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1435         } else {
1436                 set_page_refcounted(page);
1437                 __free_pages(page, pageblock_order);
1438         }
1439
1440         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1441 }
1442 #endif
1443
1444 /*
1445  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1446  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1447  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1448  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1449  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1450  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1451  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1452  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1453  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1454  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1455  *
1456  * -- nyc
1457  */
1458 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1459         int low, int high, struct free_area *area,
1460         int migratetype)
1461 {
1462         unsigned long size = 1 << high;
1463
1464         while (high > low) {
1465                 area--;
1466                 high--;
1467                 size >>= 1;
1468                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1469
1470                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1471                         debug_guardpage_enabled() &&
1472                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1473                         /*
1474                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1475                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1476                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1477                          * pages will stay not present in virtual address space
1478                          */
1479                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1480                         continue;
1481                 }
1482                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1483                 area->nr_free++;
1484                 set_page_order(&page[size], high);
1485         }
1486 }
1487
1488 /*
1489  * This page is about to be returned from the page allocator
1490  */
1491 static inline int check_new_page(struct page *page)
1492 {
1493         const char *bad_reason = NULL;
1494         unsigned long bad_flags = 0;
1495
1496         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1497                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1498         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1499                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1500         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1501                 bad_reason = "nonzero _count";
1502         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1503                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1504                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1505         }
1506         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1507                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1508                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1509         }
1510 #ifdef CONFIG_MEMCG
1511         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1512                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1513 #endif
1514         if (unlikely(bad_reason)) {
1515                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1516                 return 1;
1517         }
1518         return 0;
1519 }
1520
1521 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1522 {
1523         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1524                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1525 }
1526
1527 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1528                                                         unsigned int alloc_flags)
1529 {
1530         int i;
1531         bool poisoned = true;
1532
1533         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1534                 struct page *p = page + i;
1535                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1536                         return 1;
1537                 if (poisoned)
1538                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1539         }
1540
1541         set_page_private(page, 0);
1542         set_page_refcounted(page);
1543
1544         arch_alloc_page(page, order);
1545         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1546         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1547         kasan_alloc_pages(page, order);
1548
1549         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1550                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1551                         clear_highpage(page + i);
1552
1553         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1554                 prep_compound_page(page, order);
1555
1556         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1557
1558         /*
1559          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1560          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1561          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1562          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1563          */
1564         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1565                 set_page_pfmemalloc(page);
1566         else
1567                 clear_page_pfmemalloc(page);
1568
1569         return 0;
1570 }
1571
1572 /*
1573  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1574  * the smallest available page from the freelists
1575  */
1576 static inline
1577 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1578                                                 int migratetype)
1579 {
1580         unsigned int current_order;
1581         struct free_area *area;
1582         struct page *page;
1583
1584         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1585         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1586                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1587                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1588                                                         struct page, lru);
1589                 if (!page)
1590                         continue;
1591                 list_del(&page->lru);
1592                 rmv_page_order(page);
1593                 area->nr_free--;
1594                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1595                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1596                 return page;
1597         }
1598
1599         return NULL;
1600 }
1601
1602
1603 /*
1604  * This array describes the order lists are fallen back to when
1605  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1606  */
1607 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1608         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1609         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1610         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1611 #ifdef CONFIG_CMA
1612         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1613 #endif
1614 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1615         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1616 #endif
1617 };
1618
1619 #ifdef CONFIG_CMA
1620 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1621                                         unsigned int order)
1622 {
1623         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1624 }
1625 #else
1626 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1627                                         unsigned int order) { return NULL; }
1628 #endif
1629
1630 /*
1631  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1632  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1633  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1634  */
1635 int move_freepages(struct zone *zone,
1636                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1637                           int migratetype)
1638 {
1639         struct page *page;
1640         unsigned int order;
1641         int pages_moved = 0;
1642
1643 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1644         /*
1645          * page_zone is not safe to call in this context when
1646          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1647          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1648          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1649          * grouping pages by mobility
1650          */
1651         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1652 #endif
1653
1654         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1655                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1656                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1657
1658                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1659                         page++;
1660                         continue;
1661                 }
1662
1663                 if (!PageBuddy(page)) {
1664                         page++;
1665                         continue;
1666                 }
1667
1668                 order = page_order(page);
1669                 list_move(&page->lru,
1670                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1671                 page += 1 << order;
1672                 pages_moved += 1 << order;
1673         }
1674
1675         return pages_moved;
1676 }
1677
1678 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1679                                 int migratetype)
1680 {
1681         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1682         struct page *start_page, *end_page;
1683
1684         start_pfn = page_to_pfn(page);
1685         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1686         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1687         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1688         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1689
1690         /* Do not cross zone boundaries */
1691         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1692                 start_page = page;
1693         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1694                 return 0;
1695
1696         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1697 }
1698
1699 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1700                                         int start_order, int migratetype)
1701 {
1702         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1703
1704         while (nr_pageblocks--) {
1705                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1706                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1707         }
1708 }
1709
1710 /*
1711  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1712  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1713  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1714  *
1715  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1716  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1717  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1718  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1719  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1720  * pageblocks.
1721  */
1722 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1723 {
1724         /*
1725          * Leaving this order check is intended, although there is
1726          * relaxed order check in next check. The reason is that
1727          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1728          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1729          * so could be changed anytime.
1730          */
1731         if (order >= pageblock_order)
1732                 return true;
1733
1734         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1735                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1736                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1737                 page_group_by_mobility_disabled)
1738                 return true;
1739
1740         return false;
1741 }
1742
1743 /*
1744  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1745  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1746  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1747  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1748  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1749  */
1750 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1751                                                           int start_type)
1752 {
1753         unsigned int current_order = page_order(page);
1754         int pages;
1755
1756         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1757         if (current_order >= pageblock_order) {
1758                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1759                 return;
1760         }
1761
1762         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1763
1764         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1765         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1766                         page_group_by_mobility_disabled)
1767                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1768 }
1769
1770 /*
1771  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1772  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1773  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1774  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1775  */
1776 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1777                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1778 {
1779         int i;
1780         int fallback_mt;
1781
1782         if (area->nr_free == 0)
1783                 return -1;
1784
1785         *can_steal = false;
1786         for (i = 0;; i++) {
1787                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1788                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1789                         break;
1790
1791                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1792                         continue;
1793
1794                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1795                         *can_steal = true;
1796
1797                 if (!only_stealable)
1798                         return fallback_mt;
1799
1800                 if (*can_steal)
1801                         return fallback_mt;
1802         }
1803
1804         return -1;
1805 }
1806
1807 /*
1808  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1809  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1810  */
1811 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1812                                 unsigned int alloc_order)
1813 {
1814         int mt;
1815         unsigned long max_managed, flags;
1816
1817         /*
1818          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1819          * Check is race-prone but harmless.
1820          */
1821         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1822         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1823                 return;
1824
1825         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1826
1827         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1828         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1829                 goto out_unlock;
1830
1831         /* Yoink! */
1832         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1833         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1834                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1835                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1836                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1837                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1838         }
1839
1840 out_unlock:
1841         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1842 }
1843
1844 /*
1845  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1846  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1847  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1848  * to recover from than an OOM.
1849  */
1850 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1851 {
1852         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1853         unsigned long flags;
1854         struct zoneref *z;
1855         struct zone *zone;
1856         struct page *page;
1857         int order;
1858
1859         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1860                                                                 ac->nodemask) {
1861                 /* Preserve at least one pageblock */
1862                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1863                         continue;
1864
1865                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1866                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1867                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1868
1869                         page = list_first_entry_or_null(
1870                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
1871                                         struct page, lru);
1872                         if (!page)
1873                                 continue;
1874
1875                         /*
1876                          * It should never happen but changes to locking could
1877                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1878                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1879                          * and watch for underflows.
1880                          */
1881                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1882                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1883
1884                         /*
1885                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1886                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1887                          * is doing the work and needs the pages. More
1888                          * importantly, if the block was always converted to
1889                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1890                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1891                          * may increase.
1892                          */
1893                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1894                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1895                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1896                         return;
1897                 }
1898                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1899         }
1900 }
1901
1902 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1903 static inline struct page *
1904 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1905 {
1906         struct free_area *area;
1907         unsigned int current_order;
1908         struct page *page;
1909         int fallback_mt;
1910         bool can_steal;
1911
1912         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1913         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1914                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1915                                 --current_order) {
1916                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1917                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1918                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1919                 if (fallback_mt == -1)
1920                         continue;
1921
1922                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
1923                                                 struct page, lru);
1924                 if (can_steal)
1925                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1926
1927                 /* Remove the page from the freelists */
1928                 area->nr_free--;
1929                 list_del(&page->lru);
1930                 rmv_page_order(page);
1931
1932                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1933                                         start_migratetype);
1934                 /*
1935                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1936                  * migratetype depending on the decisions in
1937                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1938                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1939                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1940                  */
1941                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1942
1943                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1944                         start_migratetype, fallback_mt);
1945
1946                 return page;
1947         }
1948
1949         return NULL;
1950 }
1951
1952 /*
1953  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1954  * Call me with the zone->lock already held.
1955  */
1956 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1957                                 int migratetype)
1958 {
1959         struct page *page;
1960
1961         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1962         if (unlikely(!page)) {
1963                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1964                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1965
1966                 if (!page)
1967                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1968         }
1969
1970         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1971         return page;
1972 }
1973
1974 /*
1975  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1976  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1977  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1978  */
1979 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1980                         unsigned long count, struct list_head *list,
1981                         int migratetype, bool cold)
1982 {
1983         int i;
1984
1985         spin_lock(&zone->lock);
1986         for (i = 0; i < count; ++i) {
1987                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1988                 if (unlikely(page == NULL))
1989                         break;
1990
1991                 /*
1992                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1993                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1994                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1995                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1996                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1997                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1998                  * properly.
1999                  */
2000                 if (likely(!cold))
2001                         list_add(&page->lru, list);
2002                 else
2003                         list_add_tail(&page->lru, list);
2004                 list = &page->lru;
2005                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2006                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2007                                               -(1 << order));
2008         }
2009         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2010         spin_unlock(&zone->lock);
2011         return i;
2012 }
2013
2014 #ifdef CONFIG_NUMA
2015 /*
2016  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2017  * currently executing processor on remote nodes after they have
2018  * expired.
2019  *
2020  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2021  * a single processor.
2022  */
2023 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2024 {
2025         unsigned long flags;
2026         int to_drain, batch;
2027
2028         local_irq_save(flags);
2029         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2030         to_drain = min(pcp->count, batch);
2031         if (to_drain > 0) {
2032                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2033                 pcp->count -= to_drain;
2034         }
2035         local_irq_restore(flags);
2036 }
2037 #endif
2038
2039 /*
2040  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2041  *
2042  * The processor must either be the current processor and the
2043  * thread pinned to the current processor or a processor that
2044  * is not online.
2045  */
2046 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2047 {
2048         unsigned long flags;
2049         struct per_cpu_pageset *pset;
2050         struct per_cpu_pages *pcp;
2051
2052         local_irq_save(flags);
2053         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2054
2055         pcp = &pset->pcp;
2056         if (pcp->count) {
2057                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2058                 pcp->count = 0;
2059         }
2060         local_irq_restore(flags);
2061 }
2062
2063 /*
2064  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2065  *
2066  * The processor must either be the current processor and the
2067  * thread pinned to the current processor or a processor that
2068  * is not online.
2069  */
2070 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2071 {
2072         struct zone *zone;
2073
2074         for_each_populated_zone(zone) {
2075                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2076         }
2077 }
2078
2079 /*
2080  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2081  *
2082  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2083  * the single zone's pages.
2084  */
2085 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2086 {
2087         int cpu = smp_processor_id();
2088
2089         if (zone)
2090                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2091         else
2092                 drain_pages(cpu);
2093 }
2094
2095 /*
2096  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2097  *
2098  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2099  *
2100  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2101  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2102  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2103  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2104  * before the call to on_each_cpu_mask().
2105  */
2106 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2107 {
2108         int cpu;
2109
2110         /*
2111          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2112          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2113          */
2114         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2115
2116         /*
2117          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2118          * as offline notification will cause the notified
2119          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2120          * disables preemption as part of its processing
2121          */
2122         for_each_online_cpu(cpu) {
2123                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2124                 struct zone *z;
2125                 bool has_pcps = false;
2126
2127                 if (zone) {
2128                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2129                         if (pcp->pcp.count)
2130                                 has_pcps = true;
2131                 } else {
2132                         for_each_populated_zone(z) {
2133                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2134                                 if (pcp->pcp.count) {
2135                                         has_pcps = true;
2136                                         break;
2137                                 }
2138                         }
2139                 }
2140
2141                 if (has_pcps)
2142                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2143                 else
2144                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2145         }
2146         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2147                                                                 zone, 1);
2148 }
2149
2150 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2151
2152 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2153 {
2154         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2155         unsigned long flags;
2156         unsigned int order, t;
2157         struct page *page;
2158
2159         if (zone_is_empty(zone))
2160                 return;
2161
2162         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2163
2164         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2165         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2166                 if (pfn_valid(pfn)) {
2167                         page = pfn_to_page(pfn);
2168
2169                         if (page_zone(page) != zone)
2170                                 continue;
2171
2172                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2173                                 swsusp_unset_page_free(page);
2174                 }
2175
2176         for_each_migratetype_order(order, t) {
2177                 list_for_each_entry(page,
2178                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2179                         unsigned long i;
2180
2181                         pfn = page_to_pfn(page);
2182                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2183                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2184                 }
2185         }
2186         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2187 }
2188 #endif /* CONFIG_PM */
2189
2190 /*
2191  * Free a 0-order page
2192  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2193  */
2194 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2195 {
2196         struct zone *zone = page_zone(page);
2197         struct per_cpu_pages *pcp;
2198         unsigned long flags;
2199         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2200         int migratetype;
2201
2202         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2203                 return;
2204
2205         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2206         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2207         local_irq_save(flags);
2208         __count_vm_event(PGFREE);
2209
2210         /*
2211          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2212          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2213          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2214          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2215          * excessively into the page allocator
2216          */
2217         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2218                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2219                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2220                         goto out;
2221                 }
2222                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2223         }
2224
2225         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2226         if (!cold)
2227                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2228         else
2229                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2230         pcp->count++;
2231         if (pcp->count >= pcp->high) {
2232                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2233                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2234                 pcp->count -= batch;
2235         }
2236
2237 out:
2238         local_irq_restore(flags);
2239 }
2240
2241 /*
2242  * Free a list of 0-order pages
2243  */
2244 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2245 {
2246         struct page *page, *next;
2247
2248         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2249                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2250                 free_hot_cold_page(page, cold);
2251         }
2252 }
2253
2254 /*
2255  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2256  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2257  * Each sub-page must be freed individually.
2258  *
2259  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2260  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2261  */
2262 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2263 {
2264         int i;
2265         gfp_t gfp_mask;
2266
2267         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2268         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2269
2270 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2271         /*
2272          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2273          * otherwise free the whole shadow.
2274          */
2275         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2276                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2277 #endif
2278
2279         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2280         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2281         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2282                 set_page_refcounted(page + i);
2283                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2284         }
2285 }
2286 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2287
2288 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2289 {
2290         unsigned long watermark;
2291         struct zone *zone;
2292         int mt;
2293
2294         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2295
2296         zone = page_zone(page);
2297         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2298
2299         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2300                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2301                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2302                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2303                         return 0;
2304
2305                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2306         }
2307
2308         /* Remove page from free list */
2309         list_del(&page->lru);
2310         zone->free_area[order].nr_free--;
2311         rmv_page_order(page);
2312
2313         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2314
2315         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2316         if (order >= pageblock_order - 1) {
2317                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2318                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2319                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2320                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2321                                 set_pageblock_migratetype(page,
2322                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2323                 }
2324         }
2325
2326
2327         return 1UL << order;
2328 }
2329
2330 /*
2331  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2332  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2333  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2334  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2335  * are enabled.
2336  *
2337  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2338  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2339  */
2340 int split_free_page(struct page *page)
2341 {
2342         unsigned int order;
2343         int nr_pages;
2344
2345         order = page_order(page);
2346
2347         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2348         if (!nr_pages)
2349                 return 0;
2350
2351         /* Split into individual pages */
2352         set_page_refcounted(page);
2353         split_page(page, order);
2354         return nr_pages;
2355 }
2356
2357 /*
2358  * Update NUMA hit/miss statistics
2359  *
2360  * Must be called with interrupts disabled.
2361  *
2362  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2363  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2364  * memory on behalf of other processes.
2365  */
2366 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2367                                                                 gfp_t flags)
2368 {
2369 #ifdef CONFIG_NUMA
2370         int local_nid = numa_node_id();
2371         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2372
2373         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2374                 local_stat = NUMA_OTHER;
2375                 local_nid = preferred_zone->node;
2376         }
2377
2378         if (z->node == local_nid) {
2379                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2380                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2381         } else {
2382                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2383                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2384         }
2385 #endif
2386 }
2387
2388 /*
2389  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2390  */
2391 static inline
2392 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2393                         struct zone *zone, unsigned int order,
2394                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2395                         int migratetype)
2396 {
2397         unsigned long flags;
2398         struct page *page;
2399         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2400
2401         if (likely(order == 0)) {
2402                 struct per_cpu_pages *pcp;
2403                 struct list_head *list;
2404
2405                 local_irq_save(flags);
2406                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2407                 list = &pcp->lists[migratetype];
2408                 if (list_empty(list)) {
2409                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2410                                         pcp->batch, list,
2411                                         migratetype, cold);
2412                         if (unlikely(list_empty(list)))
2413                                 goto failed;
2414                 }
2415
2416                 if (cold)
2417                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2418                 else
2419                         page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2420
2421                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2422                 list_del(&page->lru);
2423                 pcp->count--;
2424         } else {
2425                 /*
2426                  * We most definitely don't want callers attempting to
2427                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2428                  */
2429                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2430                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2431
2432                 page = NULL;
2433                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2434                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2435                         if (page)
2436                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2437                 }
2438                 if (!page)
2439                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2440                 spin_unlock(&zone->lock);
2441                 if (!page)
2442                         goto failed;
2443                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2444                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2445                                           get_pcppage_migratetype(page));
2446         }
2447
2448         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2449             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2450                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2451
2452         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2453         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2454         local_irq_restore(flags);
2455
2456         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2457         return page;
2458
2459 failed:
2460         local_irq_restore(flags);
2461         return NULL;
2462 }
2463
2464 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2465
2466 static struct {
2467         struct fault_attr attr;
2468
2469         bool ignore_gfp_highmem;
2470         bool ignore_gfp_reclaim;
2471         u32 min_order;
2472 } fail_page_alloc = {
2473         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2474         .ignore_gfp_reclaim = true,
2475         .ignore_gfp_highmem = true,
2476         .min_order = 1,
2477 };
2478
2479 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2480 {
2481         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2482 }
2483 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2484
2485 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2486 {
2487         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2488                 return false;
2489         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2490                 return false;
2491         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2492                 return false;
2493         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2494                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2495                 return false;
2496
2497         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2498 }
2499
2500 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2501
2502 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2503 {
2504         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2505         struct dentry *dir;
2506
2507         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2508                                         &fail_page_alloc.attr);
2509         if (IS_ERR(dir))
2510                 return PTR_ERR(dir);
2511
2512         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2513                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2514                 goto fail;
2515         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2516                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2517                 goto fail;
2518         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2519                                 &fail_page_alloc.min_order))
2520                 goto fail;
2521
2522         return 0;
2523 fail:
2524         debugfs_remove_recursive(dir);
2525
2526         return -ENOMEM;
2527 }
2528
2529 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2530
2531 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2532
2533 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2534
2535 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2536 {
2537         return false;
2538 }
2539
2540 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2541
2542 /*
2543  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2544  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2545  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2546  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2547  */
2548 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2549                         unsigned long mark, int classzone_idx,
2550                         unsigned int alloc_flags,
2551                         long free_pages)
2552 {
2553         long min = mark;
2554         int o;
2555         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2556
2557         /* free_pages may go negative - that's OK */
2558         free_pages -= (1 << order) - 1;
2559
2560         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2561                 min -= min / 2;
2562
2563         /*
2564          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2565          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2566          * atomic reserve but it avoids a search.
2567          */
2568         if (likely(!alloc_harder))
2569                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2570         else
2571                 min -= min / 4;
2572
2573 #ifdef CONFIG_CMA
2574         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2575         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2576                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2577 #endif
2578
2579         /*
2580          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2581          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2582          * even if a suitable page happened to be free.
2583          */
2584         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2585                 return false;
2586
2587         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2588         if (!order)
2589                 return true;
2590
2591         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2592         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2593                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2594                 int mt;
2595
2596                 if (!area->nr_free)
2597                         continue;
2598
2599                 if (alloc_harder)
2600                         return true;
2601
2602                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2603                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2604                                 return true;
2605                 }
2606
2607 #ifdef CONFIG_CMA
2608                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2609                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2610                         return true;
2611                 }
2612 #endif
2613         }
2614         return false;
2615 }
2616
2617 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2618                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2619 {
2620         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2621                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2622 }
2623
2624 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2625                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2626 {
2627         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2628
2629         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2630                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2631
2632         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2633                                                                 free_pages);
2634 }
2635
2636 #ifdef CONFIG_NUMA
2637 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2638 {
2639         return local_zone->node == zone->node;
2640 }
2641
2642 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2643 {
2644         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2645                                 RECLAIM_DISTANCE;
2646 }
2647 #else   /* CONFIG_NUMA */
2648 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2649 {
2650         return true;
2651 }
2652
2653 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2654 {
2655         return true;
2656 }
2657 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2658
2659 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2660 {
2661         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2662
2663         do {
2664                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2665                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2666                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2667                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2668         } while (zone++ != preferred_zone);
2669 }
2670
2671 /*
2672  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2673  * a page.
2674  */
2675 static struct page *
2676 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2677                                                 const struct alloc_context *ac)
2678 {
2679         struct zoneref *z;
2680         struct zone *zone;
2681         bool fair_skipped;
2682         bool zonelist_rescan;
2683
2684 zonelist_scan:
2685         zonelist_rescan = false;
2686
2687         /*
2688          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2689          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2690          */
2691         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2692                                                                 ac->nodemask) {
2693                 struct page *page;
2694                 unsigned long mark;
2695
2696                 if (cpusets_enabled() &&
2697                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2698                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2699                                 continue;
2700                 /*
2701                  * Distribute pages in proportion to the individual
2702                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2703                  * page was allocated in should have no effect on the
2704                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2705                  */
2706                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2707                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2708                                 break;
2709                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2710                                 fair_skipped = true;
2711                                 continue;
2712                         }
2713                 }
2714                 /*
2715                  * When allocating a page cache page for writing, we
2716                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2717                  * limit, such that no single zone holds more than its
2718                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2719                  * The dirty limits take into account the zone's
2720                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2721                  * should be able to balance it without having to
2722                  * write pages from its LRU list.
2723                  *
2724                  * This may look like it could increase pressure on
2725                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2726                  * before they are full.  But the pages that do spill
2727                  * over are limited as the lower zones are protected
2728                  * by this very same mechanism.  It should not become
2729                  * a practical burden to them.
2730                  *
2731                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2732                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2733                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2734                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2735                  * zones are together not big enough to reach the
2736                  * global limit.  The proper fix for these situations
2737                  * will require awareness of zones in the
2738                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2739                  */
2740                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2741                         continue;
2742
2743                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2744                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2745                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2746                         int ret;
2747
2748                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2749                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2750                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2751                                 goto try_this_zone;
2752
2753                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2754                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2755                                 continue;
2756
2757                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2758                         switch (ret) {
2759                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2760                                 /* did not scan */
2761                                 continue;
2762                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2763                                 /* scanned but unreclaimable */
2764                                 continue;
2765                         default:
2766                                 /* did we reclaim enough */
2767                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2768                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2769                                         goto try_this_zone;
2770
2771                                 continue;
2772                         }
2773                 }
2774
2775 try_this_zone:
2776                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2777                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2778                 if (page) {
2779                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2780                                 goto try_this_zone;
2781
2782                         /*
2783                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2784                          * if the pageblock should be reserved for the future
2785                          */
2786                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2787                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2788
2789                         return page;
2790                 }
2791         }
2792
2793         /*
2794          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2795          * local node.  However, the local node might have free pages left
2796          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2797          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2798          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2799          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2800          */
2801         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2802                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2803                 if (fair_skipped) {
2804                         zonelist_rescan = true;
2805                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2806                 }
2807                 if (nr_online_nodes > 1)
2808                         zonelist_rescan = true;
2809         }
2810
2811         if (zonelist_rescan)
2812                 goto zonelist_scan;
2813
2814         return NULL;
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2819  * meminfo in irq context.
2820  */
2821 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2822 {
2823         bool ret = false;
2824
2825 #if NODES_SHIFT > 8
2826         ret = in_interrupt();
2827 #endif
2828         return ret;
2829 }
2830
2831 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2832                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2833                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2834
2835 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2836 {
2837         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2838
2839         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2840             debug_guardpage_minorder() > 0)
2841                 return;
2842
2843         /*
2844          * This documents exceptions given to allocations in certain
2845          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2846          * of allowed nodes.
2847          */
2848         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2849                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2850                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2851                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2852         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2853                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2854
2855         if (fmt) {
2856                 struct va_format vaf;
2857                 va_list args;
2858
2859                 va_start(args, fmt);
2860
2861                 vaf.fmt = fmt;
2862                 vaf.va = &args;
2863
2864                 pr_warn("%pV", &vaf);
2865
2866                 va_end(args);
2867         }
2868
2869         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
2870                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
2871         dump_stack();
2872         if (!should_suppress_show_mem())
2873                 show_mem(filter);
2874 }
2875
2876 static inline struct page *
2877 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2878         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2879 {
2880         struct oom_control oc = {
2881                 .zonelist = ac->zonelist,
2882                 .nodemask = ac->nodemask,
2883                 .gfp_mask = gfp_mask,
2884                 .order = order,
2885         };
2886         struct page *page;
2887
2888         *did_some_progress = 0;
2889
2890         /*
2891          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2892          * making progress for us.
2893          */
2894         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2895                 *did_some_progress = 1;
2896                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2897                 return NULL;
2898         }
2899
2900         /*
2901          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2902          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2903          * we're still under heavy pressure.
2904          */
2905         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2906                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2907         if (page)
2908                 goto out;
2909
2910         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2911                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2912                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2913                         goto out;
2914                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2915                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2916                         goto out;
2917                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2918                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2919                         goto out;
2920                 if (pm_suspended_storage())
2921                         goto out;
2922                 /*
2923                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
2924                  * other request to make a forward progress.
2925                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
2926                  * do much for this context but let's try it to at least get
2927                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
2928                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
2929                  * failures more gracefully we should just bail out here.
2930                  */
2931
2932                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2933                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2934                         goto out;
2935         }
2936         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2937         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2938                 *did_some_progress = 1;
2939
2940                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
2941                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2942                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
2943                         /*
2944                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
2945                          * are depleted
2946                          */
2947                         if (!page)
2948                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2949                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2950                 }
2951         }
2952 out:
2953         mutex_unlock(&oom_lock);
2954         return page;
2955 }
2956
2957 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2958 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2959 static struct page *
2960 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2961                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2962                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2963                 bool *deferred_compaction)
2964 {
2965         unsigned long compact_result;
2966         struct page *page;
2967
2968         if (!order)
2969                 return NULL;
2970
2971         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2972         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2973                                                 mode, contended_compaction);
2974         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2975
2976         switch (compact_result) {
2977         case COMPACT_DEFERRED:
2978                 *deferred_compaction = true;
2979                 /* fall-through */
2980         case COMPACT_SKIPPED:
2981                 return NULL;
2982         default:
2983                 break;
2984         }
2985
2986         /*
2987          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2988          * count a compaction stall
2989          */
2990         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2991
2992         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2993                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2994
2995         if (page) {
2996                 struct zone *zone = page_zone(page);
2997
2998                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2999                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3000                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3001                 return page;
3002         }
3003
3004         /*
3005          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3006          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3007          */
3008         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3009
3010         cond_resched();
3011
3012         return NULL;
3013 }
3014 #else
3015 static inline struct page *
3016 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3017                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3018                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
3019                 bool *deferred_compaction)
3020 {
3021         return NULL;
3022 }
3023 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3024
3025 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3026 static int
3027 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3028                                         const struct alloc_context *ac)
3029 {
3030         struct reclaim_state reclaim_state;
3031         int progress;
3032
3033         cond_resched();
3034
3035         /* We now go into synchronous reclaim */
3036         cpuset_memory_pressure_bump();
3037         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3038         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3039         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3040         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3041
3042         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3043                                                                 ac->nodemask);
3044
3045         current->reclaim_state = NULL;
3046         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3047         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3048
3049         cond_resched();
3050
3051         return progress;
3052 }
3053
3054 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3055 static inline struct page *
3056 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3057                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3058                 unsigned long *did_some_progress)
3059 {
3060         struct page *page = NULL;
3061         bool drained = false;
3062
3063         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3064         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3065                 return NULL;
3066
3067 retry:
3068         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3069                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3070
3071         /*
3072          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3073          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3074          * Shrink them them and try again
3075          */
3076         if (!page && !drained) {
3077                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3078                 drain_all_pages(NULL);
3079                 drained = true;
3080                 goto retry;
3081         }
3082
3083         return page;
3084 }
3085
3086 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3087 {
3088         struct zoneref *z;
3089         struct zone *zone;
3090
3091         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3092                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3093                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
3094 }
3095
3096 static inline unsigned int
3097 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3098 {
3099         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3100
3101         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3102         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3103
3104         /*
3105          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3106          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3107          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3108          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3109          */
3110         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3111
3112         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3113                 /*
3114                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3115                  * if it can't schedule.
3116                  */
3117                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3118                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3119                 /*
3120                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3121                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3122                  */
3123                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3124         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3125                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3126
3127         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3128                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3129                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3130                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3131                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3132                 else if (!in_interrupt() &&
3133                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3134                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3135                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3136         }
3137 #ifdef CONFIG_CMA
3138         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3139                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3140 #endif
3141         return alloc_flags;
3142 }
3143
3144 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3145 {
3146         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3147 }
3148
3149 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3150 {
3151         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3152 }
3153
3154 static inline struct page *
3155 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3156                                                 struct alloc_context *ac)
3157 {
3158         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3159         struct page *page = NULL;
3160         unsigned int alloc_flags;
3161         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3162         unsigned long did_some_progress;
3163         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3164         bool deferred_compaction = false;
3165         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3166
3167         /*
3168          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3169          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3170          * be using allocators in order of preference for an area that is
3171          * too large.
3172          */
3173         if (order >= MAX_ORDER) {
3174                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3175                 return NULL;
3176         }
3177
3178         /*
3179          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3180          * callers that are not in atomic context.
3181          */
3182         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3183                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3184                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3185
3186 retry:
3187         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3188                 wake_all_kswapds(order, ac);
3189
3190         /*
3191          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3192          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3193          * to how we want to proceed.
3194          */
3195         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3196
3197         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3198         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3199                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3200         if (page)
3201                 goto got_pg;
3202
3203         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3204         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3205                 /*
3206                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3207                  * the allocation is high priority and these type of
3208                  * allocations are system rather than user orientated
3209                  */
3210                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3211                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3212                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3213                 if (page)
3214                         goto got_pg;
3215         }
3216
3217         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3218         if (!can_direct_reclaim) {
3219                 /*
3220                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3221                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3222                  * to fail.
3223                  */
3224                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3225                 goto nopage;
3226         }
3227
3228         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3229         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3230                 /*
3231                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3232                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3233                  * for somebody to do a work for us.
3234                  */
3235                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3236                         cond_resched();
3237                         goto retry;
3238                 }
3239                 goto nopage;
3240         }
3241
3242         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3243         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3244                 goto nopage;
3245
3246         /*
3247          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3248          * attempts after direct reclaim are synchronous
3249          */
3250         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3251                                         migration_mode,
3252                                         &contended_compaction,
3253                                         &deferred_compaction);
3254         if (page)
3255                 goto got_pg;
3256
3257         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3258         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3259                 /*
3260                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3261                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3262                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3263                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3264                  * instead of entering direct reclaim.
3265                  */
3266                 if (deferred_compaction)
3267                         goto nopage;
3268
3269                 /*
3270                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3271                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3272                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3273                  * so we fallback to base pages instead.
3274                  */
3275                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3276                         goto nopage;
3277
3278                 /*
3279                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3280                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3281                  * khugepaged trying to collapse.
3282                  */
3283                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3284                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3285                         goto nopage;
3286         }
3287
3288         /*
3289          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3290          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3291          * khugepaged trying to collapse.
3292          */
3293         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3294                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3295
3296         /* Try direct reclaim and then allocating */
3297         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3298                                                         &did_some_progress);
3299         if (page)
3300                 goto got_pg;
3301
3302         /* Do not loop if specifically requested */
3303         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3304                 goto noretry;
3305
3306         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3307         pages_reclaimed += did_some_progress;
3308         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3309             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3310                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3311                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3312                 goto retry;
3313         }
3314
3315         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3316         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3317         if (page)
3318                 goto got_pg;
3319
3320         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3321         if (did_some_progress)
3322                 goto retry;
3323
3324 noretry:
3325         /*
3326          * High-order allocations do not necessarily loop after
3327          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3328          * being called after reclaim so call directly if necessary
3329          */
3330         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3331                                             ac, migration_mode,
3332                                             &contended_compaction,
3333                                             &deferred_compaction);
3334         if (page)
3335                 goto got_pg;
3336 nopage:
3337         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3338 got_pg:
3339         return page;
3340 }
3341
3342 /*
3343  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3344  */
3345 struct page *
3346 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3347                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3348 {
3349         struct zoneref *preferred_zoneref;
3350         struct page *page;
3351         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3352         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3353         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3354         struct alloc_context ac = {
3355                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3356                 .zonelist = zonelist,
3357                 .nodemask = nodemask,
3358                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3359         };
3360
3361         if (cpusets_enabled()) {
3362                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3363                 if (!ac.nodemask)
3364                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3365         }
3366
3367         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3368
3369         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3370
3371         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3372
3373         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3374                 return NULL;
3375
3376         /*
3377          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3378          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3379          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3380          */
3381         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3382                 return NULL;
3383
3384         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3385                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3386
3387 retry_cpuset:
3388         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3389
3390         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3391         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3392
3393         /* The preferred zone is used for statistics later */
3394         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3395                                 ac.nodemask, &ac.preferred_zone);
3396         if (!ac.preferred_zone) {
3397                 page = NULL;
3398                 goto out;
3399         }
3400
3401         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3402
3403         /* First allocation attempt */
3404         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3405         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3406         if (unlikely(!page)) {
3407                 /*
3408                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3409                  * can deadlock because I/O on the device might not
3410                  * complete.
3411                  */
3412                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3413                 ac.spread_dirty_pages = false;
3414
3415                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3416         }
3417
3418         if (kmemcheck_enabled && page)
3419                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3420
3421         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3422
3423 out:
3424         /*
3425          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3426          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3427          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3428          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3429          */
3430         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3431                 goto retry_cpuset;
3432
3433         return page;
3434 }
3435 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3436
3437 /*
3438  * Common helper functions.
3439  */
3440 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3441 {
3442         struct page *page;
3443
3444         /*
3445          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3446          * a highmem page
3447          */
3448         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3449
3450         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3451         if (!page)
3452                 return 0;
3453         return (unsigned long) page_address(page);
3454 }
3455 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3456
3457 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3458 {
3459         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3460 }
3461 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3462
3463 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3464 {
3465         if (put_page_testzero(page)) {
3466                 if (order == 0)
3467                         free_hot_cold_page(page, false);
3468                 else
3469                         __free_pages_ok(page, order);
3470         }
3471 }
3472
3473 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3474
3475 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3476 {
3477         if (addr != 0) {
3478                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3479                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3480         }
3481 }
3482
3483 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3484
3485 /*
3486  * Page Fragment:
3487  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3488  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3489  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3490  *
3491  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3492  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3493  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3494  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3495  */
3496 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3497                                        gfp_t gfp_mask)
3498 {
3499         struct page *page = NULL;
3500         gfp_t gfp = gfp_mask;
3501
3502 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3503         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3504                     __GFP_NOMEMALLOC;
3505         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3506                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3507         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3508 #endif
3509         if (unlikely(!page))
3510                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3511
3512         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3513
3514         return page;
3515 }
3516
3517 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3518                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3519 {
3520         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3521         struct page *page;
3522         int offset;
3523
3524         if (unlikely(!nc->va)) {
3525 refill:
3526                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3527                 if (!page)
3528                         return NULL;
3529
3530 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3531                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3532                 size = nc->size;
3533 #endif
3534                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3535                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3536                  */
3537                 page_ref_add(page, size - 1);
3538
3539                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3540                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3541                 nc->pagecnt_bias = size;
3542                 nc->offset = size;
3543         }
3544
3545         offset = nc->offset - fragsz;
3546         if (unlikely(offset < 0)) {
3547                 page = virt_to_page(nc->va);
3548
3549                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3550                         goto refill;
3551
3552 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3553                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3554                 size = nc->size;
3555 #endif
3556                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3557                 set_page_count(page, size);
3558
3559                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3560                 nc->pagecnt_bias = size;
3561                 offset = size - fragsz;
3562         }
3563
3564         nc->pagecnt_bias--;
3565         nc->offset = offset;
3566
3567         return nc->va + offset;
3568 }
3569 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3570
3571 /*
3572  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3573  */
3574 void __free_page_frag(void *addr)
3575 {
3576         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3577
3578         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3579                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3580 }
3581 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3582
3583 /*
3584  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3585  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3586  * equivalent to alloc_pages.
3587  *
3588  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3589  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3590  */
3591 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3592 {
3593         struct page *page;
3594
3595         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3596         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3597                 __free_pages(page, order);
3598                 page = NULL;
3599         }
3600         return page;
3601 }
3602
3603 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3604 {
3605         struct page *page;
3606
3607         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3608         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3609                 __free_pages(page, order);
3610                 page = NULL;
3611         }
3612         return page;
3613 }
3614
3615 /*
3616  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3617  * alloc_kmem_pages.
3618  */
3619 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3620 {
3621         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3622         __free_pages(page, order);
3623 }
3624
3625 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3626 {
3627         if (addr != 0) {
3628                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3629                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3630         }
3631 }
3632
3633 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3634                 size_t size)
3635 {
3636         if (addr) {
3637                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3638                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3639
3640                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3641                 while (used < alloc_end) {
3642                         free_page(used);
3643                         used += PAGE_SIZE;
3644                 }
3645         }
3646         return (void *)addr;
3647 }
3648
3649 /**
3650  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3651  * @size: the number of bytes to allocate
3652  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3653  *
3654  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3655  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3656  * allocate memory in power-of-two pages.
3657  *
3658  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3659  *
3660  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3661  */
3662 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3663 {
3664         unsigned int order = get_order(size);
3665         unsigned long addr;
3666
3667         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3668         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3669 }
3670 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3671
3672 /**
3673  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3674  *                         pages on a node.
3675  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3676  * @size: the number of bytes to allocate
3677  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3678  *
3679  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3680  * back.
3681  */
3682 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3683 {
3684         unsigned int order = get_order(size);
3685         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3686         if (!p)
3687                 return NULL;
3688         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3689 }
3690
3691 /**
3692  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3693  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3694  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3695  *
3696  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3697  */
3698 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3699 {
3700         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3701         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3702
3703         while (addr < end) {
3704                 free_page(addr);
3705                 addr += PAGE_SIZE;
3706         }
3707 }
3708 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3709
3710 /**
3711  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3712  * @offset: The zone index of the highest zone
3713  *
3714  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3715  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3716  * zone, the number of pages is calculated as:
3717  *     managed_pages - high_pages
3718  */
3719 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3720 {
3721         struct zoneref *z;
3722         struct zone *zone;
3723
3724         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3725         unsigned long sum = 0;
3726
3727         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3728
3729         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3730                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3731                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3732                 if (size > high)
3733                         sum += size - high;
3734         }
3735
3736         return sum;
3737 }
3738
3739 /**
3740  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3741  *
3742  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3743  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3744  */
3745 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3746 {
3747         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3748 }
3749 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3750
3751 /**
3752  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3753  *
3754  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3755  * high watermark within all zones.
3756  */
3757 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3758 {
3759         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3760 }
3761
3762 static inline void show_node(struct zone *zone)
3763 {
3764         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3765                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3766 }
3767
3768 long si_mem_available(void)
3769 {
3770         long available;
3771         unsigned long pagecache;
3772         unsigned long wmark_low = 0;
3773         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
3774         struct zone *zone;
3775         int lru;
3776
3777         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
3778                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
3779
3780         for_each_zone(zone)
3781                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
3782
3783         /*
3784          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
3785          * without causing swapping.
3786          */
3787         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
3788
3789         /*
3790          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
3791          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
3792          * low watermark worth of cache, needs to stay.
3793          */
3794         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
3795         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
3796         available += pagecache;
3797
3798         /*
3799          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
3800          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
3801          */
3802         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
3803                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
3804
3805         if (available < 0)
3806                 available = 0;
3807         return available;
3808 }
3809 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
3810
3811 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3812 {
3813         val->totalram = totalram_pages;
3814         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3815         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3816         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3817         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3818         val->freehigh = nr_free_highpages();
3819         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3820 }
3821
3822 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3823
3824 #ifdef CONFIG_NUMA
3825 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3826 {
3827         int zone_type;          /* needs to be signed */
3828         unsigned long managed_pages = 0;
3829         unsigned long managed_highpages = 0;
3830         unsigned long free_highpages = 0;
3831         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3832
3833         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3834                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3835         val->totalram = managed_pages;
3836         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3837         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3838 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3839         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3840                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
3841
3842                 if (is_highmem(zone)) {
3843                         managed_highpages += zone->managed_pages;
3844                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
3845                 }
3846         }
3847         val->totalhigh = managed_highpages;
3848         val->freehigh = free_highpages;
3849 #else
3850         val->totalhigh = managed_highpages;
3851         val->freehigh = free_highpages;
3852 #endif
3853         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3854 }
3855 #endif
3856
3857 /*
3858  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3859  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3860  */
3861 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3862 {
3863         bool ret = false;
3864         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3865
3866         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3867                 goto out;
3868
3869         do {
3870                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3871                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3872         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3873 out:
3874         return ret;
3875 }
3876
3877 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3878
3879 static void show_migration_types(unsigned char type)
3880 {
3881         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3882                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3883                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3884                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3885                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3886 #ifdef CONFIG_CMA
3887                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3888 #endif
3889 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3890                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3891 #endif
3892         };
3893         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3894         char *p = tmp;
3895         int i;
3896
3897         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3898                 if (type & (1 << i))
3899                         *p++ = types[i];
3900         }
3901
3902         *p = '\0';
3903         printk("(%s) ", tmp);
3904 }
3905
3906 /*
3907  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3908  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3909  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3910  *
3911  * Bits in @filter:
3912  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3913  *   cpuset.
3914  */
3915 void show_free_areas(unsigned int filter)
3916 {
3917         unsigned long free_pcp = 0;
3918         int cpu;
3919         struct zone *zone;
3920
3921         for_each_populated_zone(zone) {
3922                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3923                         continue;
3924
3925                 for_each_online_cpu(cpu)
3926                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3927         }
3928
3929         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3930                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3931                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3932                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3933                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3934                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3935                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3936                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3937                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3938                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3939                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3940                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3941                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3942                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3943                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3944                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3945                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3946                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3947                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3948                 global_page_state(NR_SHMEM),
3949                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3950                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3951                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3952                 free_pcp,
3953                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3954
3955         for_each_populated_zone(zone) {
3956                 int i;
3957
3958                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3959                         continue;
3960
3961                 free_pcp = 0;
3962                 for_each_online_cpu(cpu)
3963                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3964
3965                 show_node(zone);
3966                 printk("%s"
3967                         " free:%lukB"
3968                         " min:%lukB"
3969                         " low:%lukB"
3970                         " high:%lukB"
3971                         " active_anon:%lukB"
3972                         " inactive_anon:%lukB"
3973                         " active_file:%lukB"
3974                         " inactive_file:%lukB"
3975                         " unevictable:%lukB"
3976                         " isolated(anon):%lukB"
3977                         " isolated(file):%lukB"
3978                         " present:%lukB"
3979                         " managed:%lukB"
3980                         " mlocked:%lukB"
3981                         " dirty:%lukB"
3982                         " writeback:%lukB"
3983                         " mapped:%lukB"
3984                         " shmem:%lukB"
3985                         " slab_reclaimable:%lukB"
3986                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3987                         " kernel_stack:%lukB"
3988                         " pagetables:%lukB"
3989                         " unstable:%lukB"
3990                         " bounce:%lukB"
3991                         " free_pcp:%lukB"
3992                         " local_pcp:%ukB"
3993                         " free_cma:%lukB"
3994                         " writeback_tmp:%lukB"
3995                         " pages_scanned:%lu"
3996                         " all_unreclaimable? %s"
3997                         "\n",
3998                         zone->name,
3999                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4000                         K(min_wmark_pages(zone)),
4001                         K(low_wmark_pages(zone)),
4002                         K(high_wmark_pages(zone)),
4003                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4004                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4005                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4006                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4007                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4008                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4009                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4010                         K(zone->present_pages),
4011                         K(zone->managed_pages),
4012                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4013                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4014                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4015                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4016                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4017                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4018                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4019                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4020                                 THREAD_SIZE / 1024,
4021                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4022                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4023                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4024                         K(free_pcp),
4025                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4026                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4027                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4028                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4029                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4030                         );
4031                 printk("lowmem_reserve[]:");
4032                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4033                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4034                 printk("\n");
4035         }
4036
4037         for_each_populated_zone(zone) {
4038                 unsigned int order;
4039                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4040                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4041
4042                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4043                         continue;
4044                 show_node(zone);
4045                 printk("%s: ", zone->name);
4046
4047                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4048                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4049                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4050                         int type;
4051
4052                         nr[order] = area->nr_free;
4053                         total += nr[order] << order;
4054
4055                         types[order] = 0;
4056                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4057                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4058                                         types[order] |= 1 << type;
4059                         }
4060                 }
4061                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4062                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4063                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4064                         if (nr[order])
4065                                 show_migration_types(types[order]);
4066                 }
4067                 printk("= %lukB\n", K(total));
4068         }
4069
4070         hugetlb_show_meminfo();
4071
4072         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4073
4074         show_swap_cache_info();
4075 }
4076
4077 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4078 {
4079         zoneref->zone = zone;
4080         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4081 }
4082
4083 /*
4084  * Builds allocation fallback zone lists.
4085  *
4086  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4087  */
4088 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4089                                 int nr_zones)
4090 {
4091         struct zone *zone;
4092         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4093
4094         do {
4095                 zone_type--;
4096                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4097                 if (populated_zone(zone)) {
4098                         zoneref_set_zone(zone,
4099                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4100                         check_highest_zone(zone_type);
4101                 }
4102         } while (zone_type);
4103
4104         return nr_zones;
4105 }
4106
4107
4108 /*
4109  *  zonelist_order:
4110  *  0 = automatic detection of better ordering.
4111  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4112  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4113  *
4114  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4115  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4116  */
4117 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4118 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4119 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4120
4121 /* zonelist order in the kernel.
4122  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4123  */
4124 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4125 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4126
4127
4128 #ifdef CONFIG_NUMA
4129 /* The value user specified ....changed by config */
4130 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4131 /* string for sysctl */
4132 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4133 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4134
4135 /*
4136  * interface for configure zonelist ordering.
4137  * command line option "numa_zonelist_order"
4138  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4139  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4140  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4141  */
4142
4143 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4144 {
4145         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4146                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4147         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4148                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4149         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4150                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4151         } else {
4152                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4153                 return -EINVAL;
4154         }
4155         return 0;
4156 }
4157
4158 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4159 {
4160         int ret;
4161
4162         if (!s)
4163                 return 0;
4164
4165         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4166         if (ret == 0)
4167                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4168
4169         return ret;
4170 }
4171 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4172
4173 /*
4174  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4175  */
4176 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4177                 void __user *buffer, size_t *length,
4178                 loff_t *ppos)
4179 {
4180         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4181         int ret;
4182         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4183
4184         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4185         if (write) {
4186                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4187                         ret = -EINVAL;
4188                         goto out;
4189                 }
4190                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4191         }
4192         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4193         if (ret)
4194                 goto out;
4195         if (write) {
4196                 int oldval = user_zonelist_order;
4197
4198                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4199                 if (ret) {
4200                         /*
4201                          * bogus value.  restore saved string
4202                          */
4203                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4204                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4205                         user_zonelist_order = oldval;
4206                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4207                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4208                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4209                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4210                 }
4211         }
4212 out:
4213         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4214         return ret;
4215 }
4216
4217
4218 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4219 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4220
4221 /**
4222  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4223  * @node: node whose fallback list we're appending
4224  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4225  *
4226  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4227  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4228  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4229  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4230  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4231  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4232  * on them otherwise.
4233  * It returns -1 if no node is found.
4234  */
4235 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4236 {
4237         int n, val;
4238         int min_val = INT_MAX;
4239         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4240         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4241
4242         /* Use the local node if we haven't already */
4243         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4244                 node_set(node, *used_node_mask);
4245                 return node;
4246         }
4247
4248         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4249
4250                 /* Don't want a node to appear more than once */
4251                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4252                         continue;
4253
4254                 /* Use the distance array to find the distance */
4255                 val = node_distance(node, n);
4256
4257                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4258                 val += (n < node);
4259
4260                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4261                 tmp = cpumask_of_node(n);
4262                 if (!cpumask_empty(tmp))
4263                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4264
4265                 /* Slight preference for less loaded node */
4266                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4267                 val += node_load[n];
4268
4269                 if (val < min_val) {
4270                         min_val = val;
4271                         best_node = n;
4272                 }
4273         }
4274
4275         if (best_node >= 0)
4276                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4277
4278         return best_node;
4279 }
4280
4281
4282 /*
4283  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4284  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4285  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4286  */
4287 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4288 {
4289         int j;
4290         struct zonelist *zonelist;
4291
4292         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4293         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4294                 ;
4295         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4296         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4297         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4298 }
4299
4300 /*
4301  * Build gfp_thisnode zonelists
4302  */
4303 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4304 {
4305         int j;
4306         struct zonelist *zonelist;
4307
4308         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4309         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4310         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4311         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4312 }
4313
4314 /*
4315  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4316  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4317  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4318  * may still exist in local DMA zone.
4319  */
4320 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4321
4322 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4323 {
4324         int pos, j, node;
4325         int zone_type;          /* needs to be signed */
4326         struct zone *z;
4327         struct zonelist *zonelist;
4328
4329         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4330         pos = 0;
4331         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4332                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4333                         node = node_order[j];
4334                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4335                         if (populated_zone(z)) {
4336                                 zoneref_set_zone(z,
4337                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4338                                 check_highest_zone(zone_type);
4339                         }
4340                 }
4341         }
4342         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4343         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4344 }
4345
4346 #if defined(CONFIG_64BIT)
4347 /*
4348  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4349  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4350  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4351  */
4352 static int default_zonelist_order(void)
4353 {
4354         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4355 }
4356 #else
4357 /*
4358  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4359  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4360  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4361  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4362  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4363  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4364  */
4365 static int default_zonelist_order(void)
4366 {
4367         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4368 }
4369 #endif /* CONFIG_64BIT */
4370
4371 static void set_zonelist_order(void)
4372 {
4373         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4374                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4375         else
4376                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4377 }
4378
4379 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4380 {
4381         int i, node, load;
4382         nodemask_t used_mask;
4383         int local_node, prev_node;
4384         struct zonelist *zonelist;
4385         unsigned int order = current_zonelist_order;
4386
4387         /* initialize zonelists */
4388         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4389                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4390                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4391                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4392         }
4393
4394         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4395         local_node = pgdat->node_id;
4396         load = nr_online_nodes;
4397         prev_node = local_node;
4398         nodes_clear(used_mask);
4399
4400         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4401         i = 0;
4402
4403         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4404                 /*
4405                  * We don't want to pressure a particular node.
4406                  * So adding penalty to the first node in same
4407                  * distance group to make it round-robin.
4408                  */
4409                 if (node_distance(local_node, node) !=
4410                     node_distance(local_node, prev_node))
4411                         node_load[node] = load;
4412
4413                 prev_node = node;
4414                 load--;
4415                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4416                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4417                 else
4418                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4419         }
4420
4421         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4422                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4423                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4424         }
4425
4426         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4427 }
4428
4429 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4430 /*
4431  * Return node id of node used for "local" allocations.
4432  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4433  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4434  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4435  */
4436 int local_memory_node(int node)
4437 {
4438         struct zone *zone;
4439
4440         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4441                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4442                                    NULL,
4443                                    &zone);
4444         return zone->node;
4445 }
4446 #endif
4447
4448 #else   /* CONFIG_NUMA */
4449
4450 static void set_zonelist_order(void)
4451 {
4452         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4453 }
4454
4455 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4456 {
4457         int node, local_node;
4458         enum zone_type j;
4459         struct zonelist *zonelist;
4460
4461         local_node = pgdat->node_id;
4462
4463         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4464         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4465
4466         /*
4467          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4468          * of all the other nodes.
4469          * We don't want to pressure a particular node, so when
4470          * building the zones for node N, we make sure that the
4471          * zones coming right after the local ones are those from
4472          * node N+1 (modulo N)
4473          */
4474         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4475                 if (!node_online(node))
4476                         continue;
4477                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4478         }
4479         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4480                 if (!node_online(node))
4481                         continue;
4482                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4483         }
4484
4485         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4486         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4487 }
4488
4489 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4490
4491 /*
4492  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4493  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4494  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4495  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4496  * with interrupts disabled.
4497  *
4498  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4499  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4500  * hotplugged processors.
4501  *
4502  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4503  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4504  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4505  */
4506 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4507 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4508 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4509
4510 /*
4511  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4512  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4513  */
4514 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4515
4516 /* return values int ....just for stop_machine() */
4517 static int __build_all_zonelists(void *data)
4518 {
4519         int nid;
4520         int cpu;
4521         pg_data_t *self = data;
4522
4523 #ifdef CONFIG_NUMA
4524         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4525 #endif
4526
4527         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4528                 build_zonelists(self);
4529         }
4530
4531         for_each_online_node(nid) {
4532                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4533
4534                 build_zonelists(pgdat);
4535         }
4536
4537         /*
4538          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4539          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4540          * each zone will be allocated later when the per cpu
4541          * allocator is available.
4542          *
4543          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4544          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4545          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4546          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4547          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4548          * (a chicken-egg dilemma).
4549          */
4550         for_each_possible_cpu(cpu) {
4551                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4552
4553 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4554                 /*
4555                  * We now know the "local memory node" for each node--
4556                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4557                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4558                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4559                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4560                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4561                  */
4562                 if (cpu_online(cpu))
4563                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4564 #endif
4565         }
4566
4567         return 0;
4568 }
4569
4570 static noinline void __init
4571 build_all_zonelists_init(void)
4572 {
4573         __build_all_zonelists(NULL);
4574         mminit_verify_zonelist();
4575         cpuset_init_current_mems_allowed();
4576 }
4577
4578 /*
4579  * Called with zonelists_mutex held always
4580  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4581  *
4582  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4583  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4584  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4585  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4586  */
4587 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4588 {
4589         set_zonelist_order();
4590
4591         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4592                 build_all_zonelists_init();
4593         } else {
4594 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4595                 if (zone)
4596                         setup_zone_pageset(zone);
4597 #endif
4598                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4599                    of zonelist */
4600                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4601                 /* cpuset refresh routine should be here */
4602         }
4603         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4604         /*
4605          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4606          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4607          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4608          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4609          * disabled and enable it later
4610          */
4611         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4612                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4613         else
4614                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4615
4616         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4617                 nr_online_nodes,
4618                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4619                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4620                 vm_total_pages);
4621 #ifdef CONFIG_NUMA
4622         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4623 #endif
4624 }
4625
4626 /*
4627  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4628  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4629  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4630  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4631  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4632  * conservative, even though it seems large.
4633  *
4634  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4635  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4636  */
4637 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4638
4639 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4640 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4641 {
4642         unsigned long size = 1;
4643
4644         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4645
4646         while (size < pages)
4647                 size <<= 1;
4648
4649         /*
4650          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4651          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4652          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4653          */
4654         size = min(size, 4096UL);
4655
4656         return max(size, 4UL);
4657 }
4658 #else
4659 /*
4660  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4661  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4662  *
4663  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4664  *
4665  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4666  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4667  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4668  *
4669  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4670  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4671  *
4672  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4673  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4674  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4675  */
4676 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4677 {
4678         return 4096UL;
4679 }
4680 #endif
4681
4682 /*
4683  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4684  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4685  * hash function before the remainder is taken.
4686  */
4687 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4688 {
4689         return ffz(~size);
4690 }
4691
4692 /*
4693  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4694  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4695  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4696  */
4697 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4698                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4699 {
4700         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
4701         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4702         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4703         unsigned long pfn;
4704         unsigned long nr_initialised = 0;
4705 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4706         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
4707 #endif
4708
4709         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4710                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4711
4712         /*
4713          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
4714          * memory
4715          */
4716         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
4717                 start_pfn += altmap->reserve;
4718
4719         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4720                 /*
4721                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
4722                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
4723                  */
4724                 if (context != MEMMAP_EARLY)
4725                         goto not_early;
4726
4727                 if (!early_pfn_valid(pfn))
4728                         continue;
4729                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4730                         continue;
4731                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
4732                         break;
4733
4734 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4735                 /*
4736                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
4737                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
4738                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
4739                  */
4740                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
4741                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4742                                 continue;
4743
4744                 /*
4745                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
4746                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
4747                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
4748                  */
4749                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
4750                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
4751                                 for_each_memblock(memory, tmp)
4752                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
4753                                                 break;
4754                                 r = tmp;
4755                         }
4756                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
4757                             memblock_is_mirror(r)) {
4758                                 /* already initialized as NORMAL */
4759                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
4760                                 continue;
4761                         }
4762                 }
4763 #endif
4764
4765 not_early:
4766                 /*
4767                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4768                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4769                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4770                  * the address space during boot when many long-lived
4771                  * kernel allocations are made.
4772                  *
4773                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4774                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4775                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4776                  * pfn out of zone.
4777                  */
4778                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4779                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4780
4781                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4782                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4783                 } else {
4784                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4785                 }
4786         }
4787 }
4788
4789 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4790 {
4791         unsigned int order, t;
4792         for_each_migratetype_order(order, t) {
4793                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4794                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4795         }
4796 }
4797
4798 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4799 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4800         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4801 #endif
4802
4803 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4804 {
4805 #ifdef CONFIG_MMU
4806         int batch;
4807
4808         /*
4809          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4810          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4811          *
4812          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4813          */
4814         batch = zone->managed_pages / 1024;
4815         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4816                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4817         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4818         if (batch < 1)
4819                 batch = 1;
4820
4821         /*
4822          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4823          * of 2 value was found to be more likely to have
4824          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4825          *
4826          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4827          * batches of pages, one task can end up with a lot
4828          * of pages of one half of the possible page colors
4829          * and the other with pages of the other colors.
4830          */
4831         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4832
4833         return batch;
4834
4835 #else
4836         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4837          * conditions.
4838          *
4839          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4840          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4841          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4842          *
4843          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4844          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4845          * can be a significant delay between the individual batches being
4846          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4847          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4848          */
4849         return 0;
4850 #endif
4851 }
4852
4853 /*
4854  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4855  * ->batch must never be higher then ->high.
4856  * The following function updates them in a safe manner without read side
4857  * locking.
4858  *
4859  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4860  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4861  *
4862  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4863  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4864  * exist).
4865  */
4866 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4867                 unsigned long batch)
4868 {
4869        /* start with a fail safe value for batch */
4870         pcp->batch = 1;
4871         smp_wmb();
4872
4873        /* Update high, then batch, in order */
4874         pcp->high = high;
4875         smp_wmb();
4876
4877         pcp->batch = batch;
4878 }
4879
4880 /* a companion to pageset_set_high() */
4881 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4882 {
4883         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4884 }
4885
4886 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4887 {
4888         struct per_cpu_pages *pcp;
4889         int migratetype;
4890
4891         memset(p, 0, sizeof(*p));
4892
4893         pcp = &p->pcp;
4894         pcp->count = 0;
4895         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4896                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4897 }
4898
4899 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4900 {
4901         pageset_init(p);
4902         pageset_set_batch(p, batch);
4903 }
4904
4905 /*
4906  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4907  * to the value high for the pageset p.
4908  */
4909 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4910                                 unsigned long high)
4911 {
4912         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4913         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4914                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4915
4916         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4917 }
4918
4919 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4920                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4921 {
4922         if (percpu_pagelist_fraction)
4923                 pageset_set_high(pcp,
4924                         (zone->managed_pages /
4925                                 percpu_pagelist_fraction));
4926         else
4927                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4928 }
4929
4930 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4931 {
4932         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4933
4934         pageset_init(pcp);
4935         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4936 }
4937
4938 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4939 {
4940         int cpu;
4941         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4942         for_each_possible_cpu(cpu)
4943                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4944 }
4945
4946 /*
4947  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4948  * Before this call only boot pagesets were available.
4949  */
4950 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4951 {
4952         struct zone *zone;
4953
4954         for_each_populated_zone(zone)
4955                 setup_zone_pageset(zone);
4956 }
4957
4958 static noinline __init_refok
4959 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4960 {
4961         int i;
4962         size_t alloc_size;
4963
4964         /*
4965          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4966          * per zone.
4967          */
4968         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4969                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4970         zone->wait_table_bits =
4971                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4972         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4973                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4974
4975         if (!slab_is_available()) {
4976                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4977                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4978                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4979         } else {
4980                 /*
4981                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4982                  * via memory hot-add.
4983                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4984                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4985                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4986                  * node itself as well.
4987                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4988                  * necessary.
4989                  */
4990                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4991         }
4992         if (!zone->wait_table)
4993                 return -ENOMEM;
4994
4995         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4996                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4997
4998         return 0;
4999 }
5000
5001 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5002 {
5003         /*
5004          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5005          * relies on the ability of the linker to provide the
5006          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5007          */
5008         zone->pageset = &boot_pageset;
5009
5010         if (populated_zone(zone))
5011                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5012                         zone->name, zone->present_pages,
5013                                          zone_batchsize(zone));
5014 }
5015
5016 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5017                                         unsigned long zone_start_pfn,
5018                                         unsigned long size)
5019 {
5020         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5021         int ret;
5022         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5023         if (ret)
5024                 return ret;
5025         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5026
5027         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5028
5029         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5030                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5031                         pgdat->node_id,
5032                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5033                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5034
5035         zone_init_free_lists(zone);
5036
5037         return 0;
5038 }
5039
5040 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5041 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5042
5043 /*
5044  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5045  */
5046 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5047                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5048 {
5049         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5050         int nid;
5051
5052         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5053                 return state->last_nid;
5054
5055         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5056         if (nid != -1) {
5057                 state->last_start = start_pfn;
5058                 state->last_end = end_pfn;
5059                 state->last_nid = nid;
5060         }
5061
5062         return nid;
5063 }
5064 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5065
5066 /**
5067  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5068  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5069  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5070  *
5071  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5072  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5073  * memblock_free_early_nid() manually.
5074  */
5075 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5076 {
5077         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5078         int i, this_nid;
5079
5080         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5081                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5082                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5083
5084                 if (start_pfn < end_pfn)
5085                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5086                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5087                                         this_nid);
5088         }
5089 }
5090
5091 /**
5092  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5093  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5094  *
5095  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5096  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5097  */
5098 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5099 {
5100         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5101         int i, this_nid;
5102
5103         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5104                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5105 }
5106
5107 /**
5108  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5109  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5110  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5111  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5112  *
5113  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5114  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5115  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5116  * PFNs will be 0.
5117  */
5118 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5119                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5120 {
5121         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5122         int i;
5123
5124         *start_pfn = -1UL;
5125         *end_pfn = 0;
5126
5127         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5128                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5129                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5130         }
5131
5132         if (*start_pfn == -1UL)
5133                 *start_pfn = 0;
5134 }
5135
5136 /*
5137  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5138  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5139  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5140  */
5141 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5142 {
5143         int zone_index;
5144         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5145                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5146                         continue;
5147
5148                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5149                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5150                         break;
5151         }
5152
5153         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5154         movable_zone = zone_index;
5155 }
5156
5157 /*
5158  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5159  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5160  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5161  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5162  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5163  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5164  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5165  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5166  */
5167 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5168                                         unsigned long zone_type,
5169                                         unsigned long node_start_pfn,
5170                                         unsigned long node_end_pfn,
5171                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5172                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5173 {
5174         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5175         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5176                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5177                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5178                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5179                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5180                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5181
5182                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5183                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5184                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5185         }
5186 }
5187
5188 /*
5189  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5190  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5191  */
5192 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5193                                         unsigned long zone_type,
5194                                         unsigned long node_start_pfn,
5195                                         unsigned long node_end_pfn,
5196                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5197                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5198                                         unsigned long *ignored)
5199 {
5200         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5201         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5202                 return 0;
5203
5204         /* Get the start and end of the zone */
5205         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5206         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5207         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5208                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5209                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5210
5211         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5212         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5213                 return 0;
5214
5215         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5216         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5217         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5218
5219         /* Return the spanned pages */
5220         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5221 }
5222
5223 /*
5224  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5225  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5226  */
5227 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5228                                 unsigned long range_start_pfn,
5229                                 unsigned long range_end_pfn)
5230 {
5231         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5232         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5233         int i;
5234
5235         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5236                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5237                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5238                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5239         }
5240         return nr_absent;
5241 }
5242
5243 /**
5244  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5245  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5246  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5247  *
5248  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5249  */
5250 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5251                                                         unsigned long end_pfn)
5252 {
5253         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5254 }
5255
5256 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5257 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5258                                         unsigned long zone_type,
5259                                         unsigned long node_start_pfn,
5260                                         unsigned long node_end_pfn,
5261                                         unsigned long *ignored)
5262 {
5263         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5264         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5265         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5266         unsigned long nr_absent;
5267
5268         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5269         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5270                 return 0;
5271
5272         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5273         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5274
5275         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5276                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5277                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5278         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5279
5280         /*
5281          * ZONE_MOVABLE handling.
5282          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5283          * and vice versa.
5284          */
5285         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5286                 if (mirrored_kernelcore) {
5287                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5288                         struct memblock_region *r;
5289
5290                         for_each_memblock(memory, r) {
5291                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5292                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5293                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5294                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5295
5296                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5297                                     memblock_is_mirror(r))
5298                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5299
5300                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5301                                     !memblock_is_mirror(r))
5302                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5303                         }
5304                 } else {
5305                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5306                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5307                 }
5308         }
5309
5310         return nr_absent;
5311 }
5312
5313 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5314 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5315                                         unsigned long zone_type,
5316                                         unsigned long node_start_pfn,
5317                                         unsigned long node_end_pfn,
5318                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5319                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5320                                         unsigned long *zones_size)
5321 {
5322         unsigned int zone;
5323
5324         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5325         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5326                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5327
5328         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5329
5330         return zones_size[zone_type];
5331 }
5332
5333 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5334                                                 unsigned long zone_type,
5335                                                 unsigned long node_start_pfn,
5336                                                 unsigned long node_end_pfn,
5337                                                 unsigned long *zholes_size)
5338 {
5339         if (!zholes_size)
5340                 return 0;
5341
5342         return zholes_size[zone_type];
5343 }
5344
5345 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5346
5347 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5348                                                 unsigned long node_start_pfn,
5349                                                 unsigned long node_end_pfn,
5350                                                 unsigned long *zones_size,
5351                                                 unsigned long *zholes_size)
5352 {
5353         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5354         enum zone_type i;
5355
5356         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5357                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5358                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5359                 unsigned long size, real_size;
5360
5361                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5362                                                   node_start_pfn,
5363                                                   node_end_pfn,
5364                                                   &zone_start_pfn,
5365                                                   &zone_end_pfn,
5366                                                   zones_size);
5367                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5368                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5369                                                   zholes_size);
5370                 if (size)
5371                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5372                 else
5373                         zone->zone_start_pfn = 0;
5374                 zone->spanned_pages = size;
5375                 zone->present_pages = real_size;
5376
5377                 totalpages += size;
5378                 realtotalpages += real_size;
5379         }
5380
5381         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5382         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5383         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5384                                                         realtotalpages);
5385 }
5386
5387 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5388 /*
5389  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5390  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5391  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5392  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5393  * bytes.
5394  */
5395 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5396 {
5397         unsigned long usemapsize;
5398
5399         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5400         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5401         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5402         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5403         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5404
5405         return usemapsize / 8;
5406 }
5407
5408 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5409                                 struct zone *zone,
5410                                 unsigned long zone_start_pfn,
5411                                 unsigned long zonesize)
5412 {
5413         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5414         zone->pageblock_flags = NULL;
5415         if (usemapsize)
5416                 zone->pageblock_flags =
5417                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5418                                                          pgdat->node_id);
5419 }
5420 #else
5421 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5422                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5423 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5424
5425 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5426
5427 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5428 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5429 {
5430         unsigned int order;
5431
5432         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5433         if (pageblock_order)
5434                 return;
5435
5436         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5437                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5438         else
5439                 order = MAX_ORDER - 1;
5440
5441         /*
5442          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5443          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5444          * powerpc.
5445          */
5446         pageblock_order = order;
5447 }
5448 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5449
5450 /*
5451  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5452  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5453  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5454  * the kernel config
5455  */
5456 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5457 {
5458 }
5459
5460 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5461
5462 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5463                                                    unsigned long present_pages)
5464 {
5465         unsigned long pages = spanned_pages;
5466
5467         /*
5468          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5469          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5470          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5471          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5472          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5473          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5474          */
5475         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5476             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5477                 pages = present_pages;
5478
5479         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5480 }
5481
5482 /*
5483  * Set up the zone data structures:
5484  *   - mark all pages reserved
5485  *   - mark all memory queues empty
5486  *   - clear the memory bitmaps
5487  *
5488  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5489  */
5490 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5491 {
5492         enum zone_type j;
5493         int nid = pgdat->node_id;
5494         int ret;
5495
5496         pgdat_resize_init(pgdat);
5497 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5498         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5499         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5500         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5501 #endif
5502 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5503         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5504         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5505         pgdat->split_queue_len = 0;
5506 #endif
5507         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5508         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5509 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5510         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5511 #endif
5512         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5513
5514         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5515                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5516                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5517                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5518
5519                 size = zone->spanned_pages;
5520                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5521
5522                 /*
5523                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5524                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5525                  * and per-cpu initialisations
5526                  */
5527                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5528                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5529                         if (freesize >= memmap_pages) {
5530                                 freesize -= memmap_pages;
5531                                 if (memmap_pages)
5532                                         printk(KERN_DEBUG
5533                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5534                                                zone_names[j], memmap_pages);
5535                         } else
5536                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5537                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5538                 }
5539
5540                 /* Account for reserved pages */
5541                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5542                         freesize -= dma_reserve;
5543                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5544                                         zone_names[0], dma_reserve);
5545                 }
5546
5547                 if (!is_highmem_idx(j))
5548                         nr_kernel_pages += freesize;
5549                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5550                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5551                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5552                 nr_all_pages += freesize;
5553
5554                 /*
5555                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5556                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5557                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5558                  */
5559                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5560 #ifdef CONFIG_NUMA
5561                 zone->node = nid;
5562                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5563                                                 / 100;
5564                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5565 #endif
5566                 zone->name = zone_names[j];
5567                 spin_lock_init(&zone->lock);
5568                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5569                 zone_seqlock_init(zone);
5570                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5571                 zone_pcp_init(zone);
5572
5573                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5574                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5575
5576                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5577                 if (!size)
5578                         continue;
5579
5580                 set_pageblock_order();
5581                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5582                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5583                 BUG_ON(ret);
5584                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5585         }
5586 }
5587
5588 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5589 {
5590         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5591         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5592
5593         /* Skip empty nodes */
5594         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5595                 return;
5596
5597 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5598         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5599         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5600         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5601         if (!pgdat->node_mem_map) {
5602                 unsigned long size, end;
5603                 struct page *map;
5604
5605                 /*
5606                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5607                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5608                  * for the buddy allocator to function correctly.
5609                  */
5610                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5611                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5612                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5613                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5614                 if (!map)
5615                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5616                                                                pgdat->node_id);
5617                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5618         }
5619 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5620         /*
5621          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5622          */
5623         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5624                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5625 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5626                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5627                         mem_map -= offset;
5628 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5629         }
5630 #endif
5631 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5632 }
5633
5634 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5635                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5636 {
5637         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5638         unsigned long start_pfn = 0;
5639         unsigned long end_pfn = 0;
5640
5641         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5642         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5643
5644         reset_deferred_meminit(pgdat);
5645         pgdat->node_id = nid;
5646         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5647 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5648         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5649         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5650                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5651                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5652 #else
5653         start_pfn = node_start_pfn;
5654 #endif
5655         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5656                                   zones_size, zholes_size);
5657
5658         alloc_node_mem_map(pgdat);
5659 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5660         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5661                 nid, (unsigned long)pgdat,
5662                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5663 #endif
5664
5665         free_area_init_core(pgdat);
5666 }
5667
5668 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5669
5670 #if MAX_NUMNODES > 1
5671 /*
5672  * Figure out the number of possible node ids.
5673  */
5674 void __init setup_nr_node_ids(void)
5675 {
5676         unsigned int highest;
5677
5678         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5679         nr_node_ids = highest + 1;
5680 }
5681 #endif
5682
5683 /**
5684  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5685  *
5686  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5687  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5688  * all the nodes.
5689  *
5690  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5691  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5692  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5693  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5694  *
5695  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5696  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5697  * populated node map.
5698  *
5699  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5700  * requirement (single node).
5701  */
5702 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5703 {
5704         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5705         unsigned long start, end, mask;
5706         int last_nid = -1;
5707         int i, nid;
5708
5709         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5710                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5711                         last_nid = nid;
5712                         last_end = end;
5713                         continue;
5714                 }
5715
5716                 /*
5717                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5718                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5719                  * too coarse to separate the current node from the last.
5720                  */
5721                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5722                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5723                         mask <<= 1;
5724
5725                 /* accumulate all internode masks */
5726                 accl_mask |= mask;
5727         }
5728
5729         /* convert mask to number of pages */
5730         return ~accl_mask + 1;
5731 }
5732
5733 /* Find the lowest pfn for a node */
5734 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5735 {
5736         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5737         unsigned long start_pfn;
5738         int i;
5739
5740         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5741                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5742
5743         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5744                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5745                 return 0;
5746         }
5747
5748         return min_pfn;
5749 }
5750
5751 /**
5752  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5753  *
5754  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5755  * memblock_set_node().
5756  */
5757 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5758 {
5759         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5760 }
5761
5762 /*
5763  * early_calculate_totalpages()
5764  * Sum pages in active regions for movable zone.
5765  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5766  */
5767 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5768 {
5769         unsigned long totalpages = 0;
5770         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5771         int i, nid;
5772
5773         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5774                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5775
5776                 totalpages += pages;
5777                 if (pages)
5778                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5779         }
5780         return totalpages;
5781 }
5782
5783 /*
5784  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5785  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5786  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5787  * others
5788  */
5789 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5790 {
5791         int i, nid;
5792         unsigned long usable_startpfn;
5793         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5794         /* save the state before borrow the nodemask */
5795         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5796         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5797         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5798         struct memblock_region *r;
5799
5800         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5801         find_usable_zone_for_movable();
5802
5803         /*
5804          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5805          * options.
5806          */
5807         if (movable_node_is_enabled()) {
5808                 for_each_memblock(memory, r) {
5809                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5810                                 continue;
5811
5812                         nid = r->nid;
5813
5814                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5815                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5816                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5817                                 usable_startpfn;
5818                 }
5819
5820                 goto out2;
5821         }
5822
5823         /*
5824          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
5825          */
5826         if (mirrored_kernelcore) {
5827                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
5828
5829                 for_each_memblock(memory, r) {
5830                         if (memblock_is_mirror(r))
5831                                 continue;
5832
5833                         nid = r->nid;
5834
5835                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
5836
5837                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
5838                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
5839                                 continue;
5840                         }
5841
5842                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5843                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5844                                 usable_startpfn;
5845                 }
5846
5847                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
5848                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
5849
5850                 goto out2;
5851         }
5852
5853         /*
5854          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5855          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5856          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5857          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5858          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5859          * what movablecore would have allowed.
5860          */
5861         if (required_movablecore) {
5862                 unsigned long corepages;
5863
5864                 /*
5865                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5866                  * was requested by the user
5867                  */
5868                 required_movablecore =
5869                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5870                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5871                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5872
5873                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5874         }
5875
5876         /*
5877          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5878          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5879          */
5880         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5881                 goto out;
5882
5883         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5884         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5885
5886 restart:
5887         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5888         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5889         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5890                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5891
5892                 /*
5893                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5894                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5895                  * amount of memory for the kernel
5896                  */
5897                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5898                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5899
5900                 /*
5901                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5902                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5903                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5904                  */
5905                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5906
5907                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5908                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5909                         unsigned long size_pages;
5910
5911                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5912                         if (start_pfn >= end_pfn)
5913                                 continue;
5914
5915                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5916                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5917                                 unsigned long kernel_pages;
5918                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5919                                                                 - start_pfn;
5920
5921                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5922                                                         kernelcore_remaining);
5923                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5924                                                         required_kernelcore);
5925
5926                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5927                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5928
5929                                         /*
5930                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5931                                          * that if we have to rebalance
5932                                          * kernelcore across nodes, we will
5933                                          * not double account here
5934                                          */
5935                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5936                                         continue;
5937                                 }
5938                                 start_pfn = usable_startpfn;
5939                         }
5940
5941                         /*
5942                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5943                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5944                          * number of pages used as kernelcore
5945                          */
5946                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5947                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5948                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5949                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5950
5951                         /*
5952                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5953                          * break if the kernelcore for this node has been
5954                          * satisfied
5955                          */
5956                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5957                                                                 size_pages);
5958                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5959                         if (!kernelcore_remaining)
5960                                 break;
5961                 }
5962         }
5963
5964         /*
5965          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5966          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5967          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5968          * satisfied
5969          */
5970         usable_nodes--;
5971         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5972                 goto restart;
5973
5974 out2:
5975         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5976         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5977                 zone_movable_pfn[nid] =
5978                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5979
5980 out:
5981         /* restore the node_state */
5982         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5983 }
5984
5985 /* Any regular or high memory on that node ? */
5986 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5987 {
5988         enum zone_type zone_type;
5989
5990         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5991                 return;
5992
5993         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5994                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5995                 if (populated_zone(zone)) {
5996                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5997                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5998                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5999                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6000                         break;
6001                 }
6002         }
6003 }
6004
6005 /**
6006  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6007  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6008  *
6009  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6010  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6011  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6012  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6013  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6014  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6015  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6016  * at arch_max_dma_pfn.
6017  */
6018 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6019 {
6020         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6021         int i, nid;
6022
6023         /* Record where the zone boundaries are */
6024         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6025                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6026         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6027                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6028         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6029         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6030         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6031                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6032                         continue;
6033                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6034                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6035                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6036                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6037         }
6038         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6039         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6040
6041         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6042         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6043         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6044
6045         /* Print out the zone ranges */
6046         pr_info("Zone ranges:\n");
6047         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6048                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6049                         continue;
6050                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6051                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6052                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6053                         pr_cont("empty\n");
6054                 else
6055                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6056                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6057                                         << PAGE_SHIFT,
6058                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6059                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6060         }
6061
6062         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6063         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6064         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6065                 if (zone_movable_pfn[i])
6066                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6067                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6068         }
6069
6070         /* Print out the early node map */
6071         pr_info("Early memory node ranges\n");
6072         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6073                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6074                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6075                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6076
6077         /* Initialise every node */
6078         mminit_verify_pageflags_layout();
6079         setup_nr_node_ids();
6080         for_each_online_node(nid) {
6081                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6082                 free_area_init_node(nid, NULL,
6083                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6084
6085                 /* Any memory on that node */
6086                 if (pgdat->node_present_pages)
6087                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6088                 check_for_memory(pgdat, nid);
6089         }
6090 }
6091
6092 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6093 {
6094         unsigned long long coremem;
6095         if (!p)
6096                 return -EINVAL;
6097
6098         coremem = memparse(p, &p);
6099         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6100
6101         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6102         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6103
6104         return 0;
6105 }
6106
6107 /*
6108  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6109  * cannot be reclaimed or migrated.
6110  */
6111 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6112 {
6113         /* parse kernelcore=mirror */
6114         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6115                 mirrored_kernelcore = true;
6116                 return 0;
6117         }
6118
6119         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6120 }
6121
6122 /*
6123  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6124  * can be reclaimed or migrated.
6125  */
6126 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6127 {
6128         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6129 }
6130
6131 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6132 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6133
6134 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6135
6136 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6137 {
6138         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6139         page_zone(page)->managed_pages += count;
6140         totalram_pages += count;
6141 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6142         if (PageHighMem(page))
6143                 totalhigh_pages += count;
6144 #endif
6145         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6146 }
6147 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6148
6149 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6150 {
6151         void *pos;
6152         unsigned long pages = 0;
6153
6154         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6155         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6156         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6157                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6158                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6159                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6160         }
6161
6162         if (pages && s)
6163                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6164                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6165
6166         return pages;
6167 }
6168 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6169
6170 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6171 void free_highmem_page(struct page *page)
6172 {
6173         __free_reserved_page(page);
6174         totalram_pages++;
6175         page_zone(page)->managed_pages++;
6176         totalhigh_pages++;
6177 }
6178 #endif
6179
6180
6181 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6182 {
6183         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6184         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6185
6186         physpages = get_num_physpages();
6187         codesize = _etext - _stext;
6188         datasize = _edata - _sdata;
6189         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6190         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6191         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6192         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6193
6194         /*
6195          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6196          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6197          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6198          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6199          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6200          */
6201 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6202         do { \
6203                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6204                         size -= adj; \
6205         } while (0)
6206
6207         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6208                      _sinittext, init_code_size);
6209         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6210         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6211         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6212         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6213
6214 #undef  adj_init_size
6215
6216         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6217 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6218                 ", %luK highmem"
6219 #endif
6220                 "%s%s)\n",
6221                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6222                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6223                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6224                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6225                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6226                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6227 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6228                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6229 #endif
6230                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6231 }
6232
6233 /**
6234  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6235  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6236  *
6237  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6238  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6239  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6240  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6241  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6242  * smaller per-cpu batchsize.
6243  */
6244 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6245 {
6246         dma_reserve = new_dma_reserve;
6247 }
6248
6249 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6250 {
6251         free_area_init_node(0, zones_size,
6252                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6253 }
6254
6255 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6256                                  unsigned long action, void *hcpu)
6257 {
6258         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6259
6260         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6261                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6262                 drain_pages(cpu);
6263
6264                 /*
6265                  * Spill the event counters of the dead processor
6266                  * into the current processors event counters.
6267                  * This artificially elevates the count of the current
6268                  * processor.
6269                  */
6270                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6271
6272                 /*
6273                  * Zero the differential counters of the dead processor
6274                  * so that the vm statistics are consistent.
6275                  *
6276                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6277                  * race with what we are doing.
6278                  */
6279                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6280         }
6281         return NOTIFY_OK;
6282 }
6283
6284 void __init page_alloc_init(void)
6285 {
6286         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6287 }
6288
6289 /*
6290  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6291  *      or min_free_kbytes changes.
6292  */
6293 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6294 {
6295         struct pglist_data *pgdat;
6296         unsigned long reserve_pages = 0;
6297         enum zone_type i, j;
6298
6299         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6300                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6301                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6302                         long max = 0;
6303
6304                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6305                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6306                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6307                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6308                         }
6309
6310                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6311                         max += high_wmark_pages(zone);
6312
6313                         if (max > zone->managed_pages)
6314                                 max = zone->managed_pages;
6315
6316                         zone->totalreserve_pages = max;
6317
6318                         reserve_pages += max;
6319                 }
6320         }
6321         totalreserve_pages = reserve_pages;
6322 }
6323
6324 /*
6325  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6326  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6327  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6328  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6329  */
6330 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6331 {
6332         struct pglist_data *pgdat;
6333         enum zone_type j, idx;
6334
6335         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6336                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6337                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6338                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6339
6340                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6341
6342                         idx = j;
6343                         while (idx) {
6344                                 struct zone *lower_zone;
6345
6346                                 idx--;
6347
6348                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6349                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6350
6351                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6352                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6353                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6354                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6355                         }
6356                 }
6357         }
6358
6359         /* update totalreserve_pages */
6360         calculate_totalreserve_pages();
6361 }
6362
6363 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6364 {
6365         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6366         unsigned long lowmem_pages = 0;
6367         struct zone *zone;
6368         unsigned long flags;
6369
6370         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6371         for_each_zone(zone) {
6372                 if (!is_highmem(zone))
6373                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6374         }
6375
6376         for_each_zone(zone) {
6377                 u64 tmp;
6378
6379                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6380                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6381                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6382                 if (is_highmem(zone)) {
6383                         /*
6384                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6385                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6386                          * value here.
6387                          *
6388                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6389                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6390                          * not be capped for highmem.
6391                          */
6392                         unsigned long min_pages;
6393
6394                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6395                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6396                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6397                 } else {
6398                         /*
6399                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6400                          * proportionate to the zone's size.
6401                          */
6402                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6403                 }
6404
6405                 /*
6406                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6407                  * scale factor in proportion to available memory, but
6408                  * ensure a minimum size on small systems.
6409                  */
6410                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6411                             mult_frac(zone->managed_pages,
6412                                       watermark_scale_factor, 10000));
6413
6414                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6415                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6416
6417                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6418                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6419                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6420
6421                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6422         }
6423
6424         /* update totalreserve_pages */
6425         calculate_totalreserve_pages();
6426 }
6427
6428 /**
6429  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6430  * or when memory is hot-{added|removed}
6431  *
6432  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6433  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6434  */
6435 void setup_per_zone_wmarks(void)
6436 {
6437         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6438         __setup_per_zone_wmarks();
6439         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6440 }
6441
6442 /*
6443  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6444  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6445  * to be referenced again before it is swapped out.
6446  *
6447  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6448  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6449  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6450  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6451  *
6452  * total     target    max
6453  * memory    ratio     inactive anon
6454  * -------------------------------------
6455  *   10MB       1         5MB
6456  *  100MB       1        50MB
6457  *    1GB       3       250MB
6458  *   10GB      10       0.9GB
6459  *  100GB      31         3GB
6460  *    1TB     101        10GB
6461  *   10TB     320        32GB
6462  */
6463 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6464 {
6465         unsigned int gb, ratio;
6466
6467         /* Zone size in gigabytes */
6468         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6469         if (gb)
6470                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6471         else
6472                 ratio = 1;
6473
6474         zone->inactive_ratio = ratio;
6475 }
6476
6477 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6478 {
6479         struct zone *zone;
6480
6481         for_each_zone(zone)
6482                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6483 }
6484
6485 /*
6486  * Initialise min_free_kbytes.
6487  *
6488  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6489  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6490  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6491  *
6492  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6493  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6494  *
6495  * which yields
6496  *
6497  * 16MB:        512k
6498  * 32MB:        724k
6499  * 64MB:        1024k
6500  * 128MB:       1448k
6501  * 256MB:       2048k
6502  * 512MB:       2896k
6503  * 1024MB:      4096k
6504  * 2048MB:      5792k
6505  * 4096MB:      8192k
6506  * 8192MB:      11584k
6507  * 16384MB:     16384k
6508  */
6509 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6510 {
6511         unsigned long lowmem_kbytes;
6512         int new_min_free_kbytes;
6513
6514         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6515         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6516
6517         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6518                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6519                 if (min_free_kbytes < 128)
6520                         min_free_kbytes = 128;
6521                 if (min_free_kbytes > 65536)
6522                         min_free_kbytes = 65536;
6523         } else {
6524                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6525                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6526         }
6527         setup_per_zone_wmarks();
6528         refresh_zone_stat_thresholds();
6529         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6530         setup_per_zone_inactive_ratio();
6531         return 0;
6532 }
6533 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6534
6535 /*
6536  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6537  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6538  *      changes.
6539  */
6540 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6541         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6542 {
6543         int rc;
6544
6545         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6546         if (rc)
6547                 return rc;
6548
6549         if (write) {
6550                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6551                 setup_per_zone_wmarks();
6552         }
6553         return 0;
6554 }
6555
6556 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6557         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6558 {
6559         int rc;
6560
6561         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6562         if (rc)
6563                 return rc;
6564
6565         if (write)
6566                 setup_per_zone_wmarks();
6567
6568         return 0;
6569 }
6570
6571 #ifdef CONFIG_NUMA
6572 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6573         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6574 {
6575         struct zone *zone;
6576         int rc;
6577
6578         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6579         if (rc)
6580                 return rc;
6581
6582         for_each_zone(zone)
6583                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6584                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6585         return 0;
6586 }
6587
6588 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6589         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6590 {
6591         struct zone *zone;
6592         int rc;
6593
6594         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6595         if (rc)
6596                 return rc;
6597
6598         for_each_zone(zone)
6599                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6600                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6601         return 0;
6602 }
6603 #endif
6604
6605 /*
6606  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6607  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6608  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6609  *
6610  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6611  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6612  * if in function of the boot time zone sizes.
6613  */
6614 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6615         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6616 {
6617         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6618         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6619         return 0;
6620 }
6621
6622 /*
6623  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6624  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6625  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6626  */
6627 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6628         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6629 {
6630         struct zone *zone;
6631         int old_percpu_pagelist_fraction;
6632         int ret;
6633
6634         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6635         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6636
6637         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6638         if (!write || ret < 0)
6639                 goto out;
6640
6641         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6642         if (percpu_pagelist_fraction &&
6643             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6644                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6645                 ret = -EINVAL;
6646                 goto out;
6647         }
6648
6649         /* No change? */
6650         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6651                 goto out;
6652
6653         for_each_populated_zone(zone) {
6654                 unsigned int cpu;
6655
6656                 for_each_possible_cpu(cpu)
6657                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6658                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6659         }
6660 out:
6661         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6662         return ret;
6663 }
6664
6665 #ifdef CONFIG_NUMA
6666 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6667
6668 static int __init set_hashdist(char *str)
6669 {
6670         if (!str)
6671                 return 0;
6672         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6673         return 1;
6674 }
6675 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6676 #endif
6677
6678 /*
6679  * allocate a large system hash table from bootmem
6680  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6681  *   quantity of entries
6682  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6683  */
6684 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6685                                      unsigned long bucketsize,
6686                                      unsigned long numentries,
6687                                      int scale,
6688                                      int flags,
6689                                      unsigned int *_hash_shift,
6690                                      unsigned int *_hash_mask,
6691                                      unsigned long low_limit,
6692                                      unsigned long high_limit)
6693 {
6694         unsigned long long max = high_limit;
6695         unsigned long log2qty, size;
6696         void *table = NULL;
6697
6698         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6699         if (!numentries) {
6700                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6701                 numentries = nr_kernel_pages;
6702
6703                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6704                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6705                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6706
6707                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6708                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6709                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6710                 else
6711                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6712
6713                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6714                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6715                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6716                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6717                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6718                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6719                                 BUG_ON(!numentries);
6720                         }
6721                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6722                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6723         }
6724         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6725
6726         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6727         if (max == 0) {
6728                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6729                 do_div(max, bucketsize);
6730         }
6731         max = min(max, 0x80000000ULL);
6732
6733         if (numentries < low_limit)
6734                 numentries = low_limit;
6735         if (numentries > max)
6736                 numentries = max;
6737
6738         log2qty = ilog2(numentries);
6739
6740         do {
6741                 size = bucketsize << log2qty;
6742                 if (flags & HASH_EARLY)
6743                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6744                 else if (hashdist)
6745                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6746                 else {
6747                         /*
6748                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6749                          * some pages at the end of hash table which
6750                          * alloc_pages_exact() automatically does
6751                          */
6752                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6753                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6754                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6755                         }
6756                 }
6757         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6758
6759         if (!table)
6760                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6761
6762         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6763                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
6764
6765         if (_hash_shift)
6766                 *_hash_shift = log2qty;
6767         if (_hash_mask)
6768                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6769
6770         return table;
6771 }
6772
6773 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6774 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
6775                                                         unsigned long pfn)
6776 {
6777 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6778         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6779 #else
6780         return page_zone(page)->pageblock_flags;
6781 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6782 }
6783
6784 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
6785 {
6786 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6787         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6788         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6789 #else
6790         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6791         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6792 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6793 }
6794
6795 /**
6796  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6797  * @page: The page within the block of interest
6798  * @pfn: The target page frame number
6799  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6800  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6801  *
6802  * Return: pageblock_bits flags
6803  */
6804 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6805                                         unsigned long end_bitidx,
6806                                         unsigned long mask)
6807 {
6808         unsigned long *bitmap;
6809         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6810         unsigned long word;
6811
6812         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6813         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6814         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6815         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6816
6817         word = bitmap[word_bitidx];
6818         bitidx += end_bitidx;
6819         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6820 }
6821
6822 /**
6823  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6824  * @page: The page within the block of interest
6825  * @flags: The flags to set
6826  * @pfn: The target page frame number
6827  * @end_bitidx: The last bit of interest
6828  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6829  */
6830 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6831                                         unsigned long pfn,
6832                                         unsigned long end_bitidx,
6833                                         unsigned long mask)
6834 {
6835         unsigned long *bitmap;
6836         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6837         unsigned long old_word, word;
6838
6839         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6840
6841         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
6842         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
6843         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6844         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6845
6846         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
6847
6848         bitidx += end_bitidx;
6849         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6850         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6851
6852         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6853         for (;;) {
6854                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6855                 if (word == old_word)
6856                         break;
6857                 word = old_word;
6858         }
6859 }
6860
6861 /*
6862  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6863  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6864  *
6865  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6866  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6867  * expect this function should be exact.
6868  */
6869 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6870                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6871 {
6872         unsigned long pfn, iter, found;
6873         int mt;
6874
6875         /*
6876          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6877          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6878          */
6879         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6880                 return false;
6881         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6882         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6883                 return false;
6884
6885         pfn = page_to_pfn(page);
6886         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6887                 unsigned long check = pfn + iter;
6888
6889                 if (!pfn_valid_within(check))
6890                         continue;
6891
6892                 page = pfn_to_page(check);
6893
6894                 /*
6895                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6896                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6897                  * handle each tail page individually in migration.
6898                  */
6899                 if (PageHuge(page)) {
6900                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6901                         continue;
6902                 }
6903
6904                 /*
6905                  * We can't use page_count without pin a page
6906                  * because another CPU can free compound page.
6907                  * This check already skips compound tails of THP
6908                  * because their page->_refcount is zero at all time.
6909                  */
6910                 if (!page_ref_count(page)) {
6911                         if (PageBuddy(page))
6912                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6913                         continue;
6914                 }
6915
6916                 /*
6917                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6918                  * page_count() is not 0.
6919                  */
6920                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6921                         continue;
6922
6923                 if (!PageLRU(page))
6924                         found++;
6925                 /*
6926                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6927                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6928                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6929                  */
6930                 /*
6931                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6932                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6933                  *
6934                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6935                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6936                  * page at boot.
6937                  */
6938                 if (found > count)
6939                         return true;
6940         }
6941         return false;
6942 }
6943
6944 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6945 {
6946         struct zone *zone;
6947         unsigned long pfn;
6948
6949         /*
6950          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6951          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6952          * the zone but still within the section.
6953          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6954          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6955          */
6956         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6957                 return false;
6958
6959         zone = page_zone(page);
6960         pfn = page_to_pfn(page);
6961         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6962                 return false;
6963
6964         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6965 }
6966
6967 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
6968
6969 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6970 {
6971         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6972                              pageblock_nr_pages) - 1);
6973 }
6974
6975 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6976 {
6977         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6978                                 pageblock_nr_pages));
6979 }
6980
6981 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6982 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6983                                         unsigned long start, unsigned long end)
6984 {
6985         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6986         unsigned long nr_reclaimed;
6987         unsigned long pfn = start;
6988         unsigned int tries = 0;
6989         int ret = 0;
6990
6991         migrate_prep();
6992
6993         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6994                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6995                         ret = -EINTR;
6996                         break;
6997                 }
6998
6999                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7000                         cc->nr_migratepages = 0;
7001                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7002                         if (!pfn) {
7003                                 ret = -EINTR;
7004                                 break;
7005                         }
7006                         tries = 0;
7007                 } else if (++tries == 5) {
7008                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7009                         break;
7010                 }
7011
7012                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7013                                                         &cc->migratepages);
7014                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7015
7016                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7017                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7018         }
7019         if (ret < 0) {
7020                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7021                 return ret;
7022         }
7023         return 0;
7024 }
7025
7026 /**
7027  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7028  * @start:      start PFN to allocate
7029  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7030  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7031  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7032  *                      in range must have the same migratetype and it must
7033  *                      be either of the two.
7034  *
7035  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7036  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7037  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7038  * pages fall in.
7039  *
7040  * The PFN range must belong to a single zone.
7041  *
7042  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7043  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7044  * need to be freed with free_contig_range().
7045  */
7046 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7047                        unsigned migratetype)
7048 {
7049         unsigned long outer_start, outer_end;
7050         unsigned int order;
7051         int ret = 0;
7052
7053         struct compact_control cc = {
7054                 .nr_migratepages = 0,
7055                 .order = -1,
7056                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7057                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7058                 .ignore_skip_hint = true,
7059         };
7060         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7061
7062         /*
7063          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7064          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7065          * have different sizes, and due to the way page allocator
7066          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7067          * that page allocator won't try to merge buddies from
7068          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7069          * other migration type.
7070          *
7071          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7072          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7073          * we are interested in).  This will put all the pages in
7074          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7075          *
7076          * When this is done, we take the pages in range from page
7077          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7078          * page allocator will never consider using them.
7079          *
7080          * This lets us mark the pageblocks back as
7081          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7082          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7083          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7084          */
7085
7086         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7087                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7088                                        false);
7089         if (ret)
7090                 return ret;
7091
7092         /*
7093          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7094          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7095          */
7096         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7097         if (ret && ret != -EBUSY)
7098                 goto done;
7099
7100         /*
7101          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7102          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7103          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7104          * What we are going to do is to allocate all pages from
7105          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7106          *
7107          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7108          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7109          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7110          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7111          * once this is done free the pages we are not interested in.
7112          *
7113          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7114          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7115          */
7116
7117         lru_add_drain_all();
7118         drain_all_pages(cc.zone);
7119
7120         order = 0;
7121         outer_start = start;
7122         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7123                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7124                         outer_start = start;
7125                         break;
7126                 }
7127                 outer_start &= ~0UL << order;
7128         }
7129
7130         if (outer_start != start) {
7131                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7132
7133                 /*
7134                  * outer_start page could be small order buddy page and
7135                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7136                  * in this case to report failed page properly
7137                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7138                  */
7139                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7140                         outer_start = start;
7141         }
7142
7143         /* Make sure the range is really isolated. */
7144         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7145                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7146                         __func__, outer_start, end);
7147                 ret = -EBUSY;
7148                 goto done;
7149         }
7150
7151         /* Grab isolated pages from freelists. */
7152         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7153         if (!outer_end) {
7154                 ret = -EBUSY;
7155                 goto done;
7156         }
7157
7158         /* Free head and tail (if any) */
7159         if (start != outer_start)
7160                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7161         if (end != outer_end)
7162                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7163
7164 done:
7165         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7166                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7167         return ret;
7168 }
7169
7170 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7171 {
7172         unsigned int count = 0;
7173
7174         for (; nr_pages--; pfn++) {
7175                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7176
7177                 count += page_count(page) != 1;
7178                 __free_page(page);
7179         }
7180         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7181 }
7182 #endif
7183
7184 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7185 /*
7186  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7187  * page high values need to be recalulated.
7188  */
7189 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7190 {
7191         unsigned cpu;
7192         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7193         for_each_possible_cpu(cpu)
7194                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7195                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7196         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7197 }
7198 #endif
7199
7200 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7201 {
7202         unsigned long flags;
7203         int cpu;
7204         struct per_cpu_pageset *pset;
7205
7206         /* avoid races with drain_pages()  */
7207         local_irq_save(flags);
7208         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7209                 for_each_online_cpu(cpu) {
7210                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7211                         drain_zonestat(zone, pset);
7212                 }
7213                 free_percpu(zone->pageset);
7214                 zone->pageset = &boot_pageset;
7215         }
7216         local_irq_restore(flags);
7217 }
7218
7219 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7220 /*
7221  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7222  * before calling this.
7223  */
7224 void
7225 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7226 {
7227         struct page *page;
7228         struct zone *zone;
7229         unsigned int order, i;
7230         unsigned long pfn;
7231         unsigned long flags;
7232         /* find the first valid pfn */
7233         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7234                 if (pfn_valid(pfn))
7235                         break;
7236         if (pfn == end_pfn)
7237                 return;
7238         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7239         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7240         pfn = start_pfn;
7241         while (pfn < end_pfn) {
7242                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7243                         pfn++;
7244                         continue;
7245                 }
7246                 page = pfn_to_page(pfn);
7247                 /*
7248                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7249                  * page_count() is not 0.
7250                  */
7251                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7252                         pfn++;
7253                         SetPageReserved(page);
7254                         continue;
7255                 }
7256
7257                 BUG_ON(page_count(page));
7258                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7259                 order = page_order(page);
7260 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7261                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7262                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7263 #endif
7264                 list_del(&page->lru);
7265                 rmv_page_order(page);
7266                 zone->free_area[order].nr_free--;
7267                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7268                         SetPageReserved((page+i));
7269                 pfn += (1 << order);
7270         }
7271         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7272 }
7273 #endif
7274
7275 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7276 {
7277         struct zone *zone = page_zone(page);
7278         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7279         unsigned long flags;
7280         unsigned int order;
7281
7282         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7283         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7284                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7285
7286                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7287                         break;
7288         }
7289         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7290
7291         return order < MAX_ORDER;
7292 }