mm: check the return value of lookup_page_ext for all call sites
[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 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /*
526          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
527          * or allow a steady drip of one report per second.
528          */
529         if (nr_shown == 60) {
530                 if (time_before(jiffies, resume)) {
531                         nr_unshown++;
532                         goto out;
533                 }
534                 if (nr_unshown) {
535                         pr_alert(
536                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
537                                 nr_unshown);
538                         nr_unshown = 0;
539                 }
540                 nr_shown = 0;
541         }
542         if (nr_shown++ == 0)
543                 resume = jiffies + 60 * HZ;
544
545         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
546                 current->comm, page_to_pfn(page));
547         __dump_page(page, reason);
548         bad_flags &= page->flags;
549         if (bad_flags)
550                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
551                                                 bad_flags, &bad_flags);
552         dump_page_owner(page);
553
554         print_modules();
555         dump_stack();
556 out:
557         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
558         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
559         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
560 }
561
562 /*
563  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
564  *
565  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
566  *
567  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
568  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
569  *
570  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
571  * page destructors. See compound_page_dtors.
572  *
573  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
574  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
575  */
576
577 void free_compound_page(struct page *page)
578 {
579         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
580 }
581
582 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
583 {
584         int i;
585         int nr_pages = 1 << order;
586
587         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
588         set_compound_order(page, order);
589         __SetPageHead(page);
590         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
591                 struct page *p = page + i;
592                 set_page_count(p, 0);
593                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
594                 set_compound_head(p, page);
595         }
596         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
597 }
598
599 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
600 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
601 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
602                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
603 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
604 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
605
606 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
607 {
608         if (!buf)
609                 return -EINVAL;
610         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
611 }
612 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
613
614 static bool need_debug_guardpage(void)
615 {
616         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
617         if (!debug_pagealloc_enabled())
618                 return false;
619
620         return true;
621 }
622
623 static void init_debug_guardpage(void)
624 {
625         if (!debug_pagealloc_enabled())
626                 return;
627
628         _debug_guardpage_enabled = true;
629 }
630
631 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
632         .need = need_debug_guardpage,
633         .init = init_debug_guardpage,
634 };
635
636 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
637 {
638         unsigned long res;
639
640         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
641                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
642                 return 0;
643         }
644         _debug_guardpage_minorder = res;
645         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
646         return 0;
647 }
648 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
649
650 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
651                                 unsigned int order, int migratetype)
652 {
653         struct page_ext *page_ext;
654
655         if (!debug_guardpage_enabled())
656                 return;
657
658         page_ext = lookup_page_ext(page);
659         if (unlikely(!page_ext))
660                 return;
661
662         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
663
664         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
665         set_page_private(page, order);
666         /* Guard pages are not available for any usage */
667         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
668 }
669
670 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
671                                 unsigned int order, int migratetype)
672 {
673         struct page_ext *page_ext;
674
675         if (!debug_guardpage_enabled())
676                 return;
677
678         page_ext = lookup_page_ext(page);
679         if (unlikely(!page_ext))
680                 return;
681
682         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
683
684         set_page_private(page, 0);
685         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
686                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
687 }
688 #else
689 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
690 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
691                                 unsigned int order, int migratetype) {}
692 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
693                                 unsigned int order, int migratetype) {}
694 #endif
695
696 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
697 {
698         set_page_private(page, order);
699         __SetPageBuddy(page);
700 }
701
702 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
703 {
704         __ClearPageBuddy(page);
705         set_page_private(page, 0);
706 }
707
708 /*
709  * This function checks whether a page is free && is the buddy
710  * we can do coalesce a page and its buddy if
711  * (a) the buddy is not in a hole &&
712  * (b) the buddy is in the buddy system &&
713  * (c) a page and its buddy have the same order &&
714  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
715  *
716  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
717  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
718  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
719  * serialized by zone->lock.
720  *
721  * For recording page's order, we use page_private(page).
722  */
723 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
724                                                         unsigned int order)
725 {
726         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
727                 return 0;
728
729         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
730                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
731                         return 0;
732
733                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
734
735                 return 1;
736         }
737
738         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
739                 /*
740                  * zone check is done late to avoid uselessly
741                  * calculating zone/node ids for pages that could
742                  * never merge.
743                  */
744                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
745                         return 0;
746
747                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
748
749                 return 1;
750         }
751         return 0;
752 }
753
754 /*
755  * Freeing function for a buddy system allocator.
756  *
757  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
758  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
759  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
760  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
761  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
762  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
763  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
764  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
765  * parts of the VM system.
766  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
767  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
768  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
769  * field.
770  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
771  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
772  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
773  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
774  * triggers coalescing into a block of larger size.
775  *
776  * -- nyc
777  */
778
779 static inline void __free_one_page(struct page *page,
780                 unsigned long pfn,
781                 struct zone *zone, unsigned int order,
782                 int migratetype)
783 {
784         unsigned long page_idx;
785         unsigned long combined_idx;
786         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
787         struct page *buddy;
788         unsigned int max_order;
789
790         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
791
792         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
793         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
794
795         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
796         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
797                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
798
799         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
800
801         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
802         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
803
804 continue_merging:
805         while (order < max_order - 1) {
806                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
807                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
808                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
809                         goto done_merging;
810                 /*
811                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
812                  * merge with it and move up one order.
813                  */
814                 if (page_is_guard(buddy)) {
815                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
816                 } else {
817                         list_del(&buddy->lru);
818                         zone->free_area[order].nr_free--;
819                         rmv_page_order(buddy);
820                 }
821                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
822                 page = page + (combined_idx - page_idx);
823                 page_idx = combined_idx;
824                 order++;
825         }
826         if (max_order < MAX_ORDER) {
827                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
828                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
829                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
830                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
831                  *
832                  * We don't want to hit this code for the more frequent
833                  * low-order merging.
834                  */
835                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
836                         int buddy_mt;
837
838                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
839                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
840                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
841
842                         if (migratetype != buddy_mt
843                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
844                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
845                                 goto done_merging;
846                 }
847                 max_order++;
848                 goto continue_merging;
849         }
850
851 done_merging:
852         set_page_order(page, order);
853
854         /*
855          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
856          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
857          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
858          * that is happening, add the free page to the tail of the list
859          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
860          * as a higher order page
861          */
862         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
863                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
864                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
865                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
866                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
867                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
868                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
869                         list_add_tail(&page->lru,
870                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
871                         goto out;
872                 }
873         }
874
875         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
876 out:
877         zone->free_area[order].nr_free++;
878 }
879
880 /*
881  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
882  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
883  * check if necessary.
884  */
885 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
886                                         unsigned long check_flags)
887 {
888         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
889                 return false;
890
891         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
892                         page_ref_count(page) |
893 #ifdef CONFIG_MEMCG
894                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
895 #endif
896                         (page->flags & check_flags)))
897                 return false;
898
899         return true;
900 }
901
902 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
903 {
904         const char *bad_reason;
905         unsigned long bad_flags;
906
907         bad_reason = NULL;
908         bad_flags = 0;
909
910         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
911                 bad_reason = "nonzero mapcount";
912         if (unlikely(page->mapping != NULL))
913                 bad_reason = "non-NULL mapping";
914         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
915                 bad_reason = "nonzero _refcount";
916         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
917                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
918                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
919         }
920 #ifdef CONFIG_MEMCG
921         if (unlikely(page->mem_cgroup))
922                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
923 #endif
924         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
925 }
926
927 static inline int free_pages_check(struct page *page)
928 {
929         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
930                 return 0;
931
932         /* Something has gone sideways, find it */
933         free_pages_check_bad(page);
934         return 1;
935 }
936
937 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
938 {
939         int ret = 1;
940
941         /*
942          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
943          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
944          */
945         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
946
947         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
948                 ret = 0;
949                 goto out;
950         }
951         switch (page - head_page) {
952         case 1:
953                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
954                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
955                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
956                         goto out;
957                 }
958                 break;
959         case 2:
960                 /*
961                  * the second tail page: ->mapping is
962                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
963                  */
964                 break;
965         default:
966                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
967                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
968                         goto out;
969                 }
970                 break;
971         }
972         if (unlikely(!PageTail(page))) {
973                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
974                 goto out;
975         }
976         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
977                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
978                 goto out;
979         }
980         ret = 0;
981 out:
982         page->mapping = NULL;
983         clear_compound_head(page);
984         return ret;
985 }
986
987 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
988                                         unsigned int order, bool check_free)
989 {
990         int bad = 0;
991
992         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
993
994         trace_mm_page_free(page, order);
995         kmemcheck_free_shadow(page, order);
996
997         /*
998          * Check tail pages before head page information is cleared to
999          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1000          */
1001         if (unlikely(order)) {
1002                 bool compound = PageCompound(page);
1003                 int i;
1004
1005                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1006
1007                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1008                         if (compound)
1009                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1010                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1011                                 bad++;
1012                                 continue;
1013                         }
1014                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1015                 }
1016         }
1017         if (PageAnonHead(page))
1018                 page->mapping = NULL;
1019         if (check_free)
1020                 bad += free_pages_check(page);
1021         if (bad)
1022                 return false;
1023
1024         page_cpupid_reset_last(page);
1025         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1026         reset_page_owner(page, order);
1027
1028         if (!PageHighMem(page)) {
1029                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1030                                            PAGE_SIZE << order);
1031                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1032                                            PAGE_SIZE << order);
1033         }
1034         arch_free_page(page, order);
1035         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1036         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1037         kasan_free_pages(page, order);
1038
1039         return true;
1040 }
1041
1042 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1043 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1044 {
1045         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1046 }
1047
1048 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1049 {
1050         return false;
1051 }
1052 #else
1053 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1054 {
1055         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1056 }
1057
1058 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1059 {
1060         return free_pages_check(page);
1061 }
1062 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1063
1064 /*
1065  * Frees a number of pages from the PCP lists
1066  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1067  * count is the number of pages to free.
1068  *
1069  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1070  * see if this freeing clears that state.
1071  *
1072  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1073  * pinned" detection logic.
1074  */
1075 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1076                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1077 {
1078         int migratetype = 0;
1079         int batch_free = 0;
1080         unsigned long nr_scanned;
1081         bool isolated_pageblocks;
1082
1083         spin_lock(&zone->lock);
1084         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1085         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1086         if (nr_scanned)
1087                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1088
1089         while (count) {
1090                 struct page *page;
1091                 struct list_head *list;
1092
1093                 /*
1094                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1095                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1096                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1097                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1098                  * lists
1099                  */
1100                 do {
1101                         batch_free++;
1102                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1103                                 migratetype = 0;
1104                         list = &pcp->lists[migratetype];
1105                 } while (list_empty(list));
1106
1107                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1108                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1109                         batch_free = count;
1110
1111                 do {
1112                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1113
1114                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1115                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1116                         list_del(&page->lru);
1117
1118                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1119                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1120                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1121                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1122                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1123                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1124
1125                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1126                                 continue;
1127
1128                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1129                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1130                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1131         }
1132         spin_unlock(&zone->lock);
1133 }
1134
1135 static void free_one_page(struct zone *zone,
1136                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1137                                 unsigned int order,
1138                                 int migratetype)
1139 {
1140         unsigned long nr_scanned;
1141         spin_lock(&zone->lock);
1142         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1143         if (nr_scanned)
1144                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1145
1146         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1147                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1148                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1149         }
1150         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1151         spin_unlock(&zone->lock);
1152 }
1153
1154 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1155                                 unsigned long zone, int nid)
1156 {
1157         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1158         init_page_count(page);
1159         page_mapcount_reset(page);
1160         page_cpupid_reset_last(page);
1161
1162         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1163 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1164         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1165         if (!is_highmem_idx(zone))
1166                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1167 #endif
1168 }
1169
1170 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1171                                         int nid)
1172 {
1173         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1174 }
1175
1176 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1177 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1178 {
1179         pg_data_t *pgdat;
1180         int nid, zid;
1181
1182         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1183                 return;
1184
1185         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1186         pgdat = NODE_DATA(nid);
1187
1188         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1189                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1190
1191                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1192                         break;
1193         }
1194         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1195 }
1196 #else
1197 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1198 {
1199 }
1200 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1201
1202 /*
1203  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1204  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1205  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1206  * sent to the buddy page allocator.
1207  */
1208 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1209 {
1210         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1211         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1212
1213         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1214                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1215                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1216
1217                         init_reserved_page(start_pfn);
1218
1219                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1220                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1221
1222                         SetPageReserved(page);
1223                 }
1224         }
1225 }
1226
1227 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1228 {
1229         unsigned long flags;
1230         int migratetype;
1231         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1232
1233         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1234                 return;
1235
1236         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1237         local_irq_save(flags);
1238         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1239         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1240         local_irq_restore(flags);
1241 }
1242
1243 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1244 {
1245         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1246         struct page *p = page;
1247         unsigned int loop;
1248
1249         prefetchw(p);
1250         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1251                 prefetchw(p + 1);
1252                 __ClearPageReserved(p);
1253                 set_page_count(p, 0);
1254         }
1255         __ClearPageReserved(p);
1256         set_page_count(p, 0);
1257
1258         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1259         set_page_refcounted(page);
1260         __free_pages(page, order);
1261 }
1262
1263 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1264         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1265
1266 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1267
1268 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1269 {
1270         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1271         int nid;
1272
1273         spin_lock(&early_pfn_lock);
1274         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1275         if (nid < 0)
1276                 nid = 0;
1277         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1278
1279         return nid;
1280 }
1281 #endif
1282
1283 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1284 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1285                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1286 {
1287         int nid;
1288
1289         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1290         if (nid >= 0 && nid != node)
1291                 return false;
1292         return true;
1293 }
1294
1295 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1296 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1297 {
1298         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1299 }
1300
1301 #else
1302
1303 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1304 {
1305         return true;
1306 }
1307 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1308                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1309 {
1310         return true;
1311 }
1312 #endif
1313
1314
1315 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1316                                                         unsigned int order)
1317 {
1318         if (early_page_uninitialised(pfn))
1319                 return;
1320         return __free_pages_boot_core(page, order);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1325  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1326  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1327  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1328  * pageblocks.
1329  *
1330  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1331  *
1332  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1333  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1334  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1335  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1336  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1337  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1338  * page in a pageblock.
1339  */
1340 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1341                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1342 {
1343         struct page *start_page;
1344         struct page *end_page;
1345
1346         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1347         end_pfn--;
1348
1349         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1350                 return NULL;
1351
1352         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1353
1354         if (page_zone(start_page) != zone)
1355                 return NULL;
1356
1357         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1358
1359         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1360         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1361                 return NULL;
1362
1363         return start_page;
1364 }
1365
1366 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1367 {
1368         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1369         unsigned long block_end_pfn;
1370
1371         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1372         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1373                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1374                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1375
1376                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1377
1378                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1379                                              block_end_pfn, zone))
1380                         return;
1381         }
1382
1383         /* We confirm that there is no hole */
1384         zone->contiguous = true;
1385 }
1386
1387 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1388 {
1389         zone->contiguous = false;
1390 }
1391
1392 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1393 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1394                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1395 {
1396         int i;
1397
1398         if (!page)
1399                 return;
1400
1401         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1402         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1403             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1404                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1405                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1406                 return;
1407         }
1408
1409         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1410                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1411 }
1412
1413 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1414 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1415 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1416
1417 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1418 {
1419         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1420                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1421 }
1422
1423 /* Initialise remaining memory on a node */
1424 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1425 {
1426         pg_data_t *pgdat = data;
1427         int nid = pgdat->node_id;
1428         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1429         unsigned long start = jiffies;
1430         unsigned long nr_pages = 0;
1431         unsigned long walk_start, walk_end;
1432         int i, zid;
1433         struct zone *zone;
1434         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1435         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1436
1437         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1438                 pgdat_init_report_one_done();
1439                 return 0;
1440         }
1441
1442         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1443         if (!cpumask_empty(cpumask))
1444                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1445
1446         /* Sanity check boundaries */
1447         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1448         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1449         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1450
1451         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1452         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1453                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1454                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1455                         break;
1456         }
1457
1458         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1459                 unsigned long pfn, end_pfn;
1460                 struct page *page = NULL;
1461                 struct page *free_base_page = NULL;
1462                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1463                 int nr_to_free = 0;
1464
1465                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1466                 pfn = first_init_pfn;
1467                 if (pfn < walk_start)
1468                         pfn = walk_start;
1469                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1470                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1471
1472                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1473                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1474                                 goto free_range;
1475
1476                         /*
1477                          * Ensure pfn_valid is checked every
1478                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1479                          */
1480                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1481                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1482                                         page = NULL;
1483                                         goto free_range;
1484                                 }
1485                         }
1486
1487                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1488                                 page = NULL;
1489                                 goto free_range;
1490                         }
1491
1492                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1493                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1494                                 page++;
1495                         } else {
1496                                 nr_pages += nr_to_free;
1497                                 deferred_free_range(free_base_page,
1498                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1499                                 free_base_page = NULL;
1500                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1501
1502                                 page = pfn_to_page(pfn);
1503                                 cond_resched();
1504                         }
1505
1506                         if (page->flags) {
1507                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1508                                 goto free_range;
1509                         }
1510
1511                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1512                         if (!free_base_page) {
1513                                 free_base_page = page;
1514                                 free_base_pfn = pfn;
1515                                 nr_to_free = 0;
1516                         }
1517                         nr_to_free++;
1518
1519                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1520                         continue;
1521 free_range:
1522                         /* Free the current block of pages to allocator */
1523                         nr_pages += nr_to_free;
1524                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1525                                                                 nr_to_free);
1526                         free_base_page = NULL;
1527                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1528                 }
1529
1530                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1531         }
1532
1533         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1534         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1535
1536         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1537                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1538
1539         pgdat_init_report_one_done();
1540         return 0;
1541 }
1542 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1543
1544 void __init page_alloc_init_late(void)
1545 {
1546         struct zone *zone;
1547
1548 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1549         int nid;
1550
1551         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1552         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1553         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1554                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1555         }
1556
1557         /* Block until all are initialised */
1558         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1559
1560         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1561         files_maxfiles_init();
1562 #endif
1563
1564         for_each_populated_zone(zone)
1565                 set_zone_contiguous(zone);
1566 }
1567
1568 #ifdef CONFIG_CMA
1569 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1570 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1571 {
1572         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1573         struct page *p = page;
1574
1575         do {
1576                 __ClearPageReserved(p);
1577                 set_page_count(p, 0);
1578         } while (++p, --i);
1579
1580         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1581
1582         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1583                 i = pageblock_nr_pages;
1584                 p = page;
1585                 do {
1586                         set_page_refcounted(p);
1587                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1588                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1589                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1590         } else {
1591                 set_page_refcounted(page);
1592                 __free_pages(page, pageblock_order);
1593         }
1594
1595         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1596 }
1597 #endif
1598
1599 /*
1600  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1601  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1602  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1603  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1604  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1605  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1606  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1607  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1608  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1609  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1610  *
1611  * -- nyc
1612  */
1613 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1614         int low, int high, struct free_area *area,
1615         int migratetype)
1616 {
1617         unsigned long size = 1 << high;
1618
1619         while (high > low) {
1620                 area--;
1621                 high--;
1622                 size >>= 1;
1623                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1624
1625                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1626                         debug_guardpage_enabled() &&
1627                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1628                         /*
1629                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1630                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1631                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1632                          * pages will stay not present in virtual address space
1633                          */
1634                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1635                         continue;
1636                 }
1637                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1638                 area->nr_free++;
1639                 set_page_order(&page[size], high);
1640         }
1641 }
1642
1643 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1644 {
1645         const char *bad_reason = NULL;
1646         unsigned long bad_flags = 0;
1647
1648         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1649                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1650         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1651                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1652         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1653                 bad_reason = "nonzero _count";
1654         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1655                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1656                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1657                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1658                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1659                 return;
1660         }
1661         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1662                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1663                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1664         }
1665 #ifdef CONFIG_MEMCG
1666         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1667                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1668 #endif
1669         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * This page is about to be returned from the page allocator
1674  */
1675 static inline int check_new_page(struct page *page)
1676 {
1677         if (likely(page_expected_state(page,
1678                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1679                 return 0;
1680
1681         check_new_page_bad(page);
1682         return 1;
1683 }
1684
1685 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1686 {
1687         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1688                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1689 }
1690
1691 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1692 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1693 {
1694         return false;
1695 }
1696
1697 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1698 {
1699         return check_new_page(page);
1700 }
1701 #else
1702 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1703 {
1704         return check_new_page(page);
1705 }
1706 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1707 {
1708         return false;
1709 }
1710 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1711
1712 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1713 {
1714         int i;
1715         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1716                 struct page *p = page + i;
1717
1718                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1719                         return true;
1720         }
1721
1722         return false;
1723 }
1724
1725 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1726                                                         unsigned int alloc_flags)
1727 {
1728         int i;
1729         bool poisoned = true;
1730
1731         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1732                 struct page *p = page + i;
1733                 if (poisoned)
1734                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1735         }
1736
1737         set_page_private(page, 0);
1738         set_page_refcounted(page);
1739
1740         arch_alloc_page(page, order);
1741         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1742         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1743         kasan_alloc_pages(page, order);
1744
1745         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1746                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1747                         clear_highpage(page + i);
1748
1749         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1750                 prep_compound_page(page, order);
1751
1752         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1753
1754         /*
1755          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1756          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1757          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1758          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1759          */
1760         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1761                 set_page_pfmemalloc(page);
1762         else
1763                 clear_page_pfmemalloc(page);
1764 }
1765
1766 /*
1767  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1768  * the smallest available page from the freelists
1769  */
1770 static inline
1771 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1772                                                 int migratetype)
1773 {
1774         unsigned int current_order;
1775         struct free_area *area;
1776         struct page *page;
1777
1778         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1779         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1780                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1781                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1782                                                         struct page, lru);
1783                 if (!page)
1784                         continue;
1785                 list_del(&page->lru);
1786                 rmv_page_order(page);
1787                 area->nr_free--;
1788                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1789                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1790                 return page;
1791         }
1792
1793         return NULL;
1794 }
1795
1796
1797 /*
1798  * This array describes the order lists are fallen back to when
1799  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1800  */
1801 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1802         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1803         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1804         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1805 #ifdef CONFIG_CMA
1806         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1807 #endif
1808 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1809         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1810 #endif
1811 };
1812
1813 #ifdef CONFIG_CMA
1814 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1815                                         unsigned int order)
1816 {
1817         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1818 }
1819 #else
1820 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1821                                         unsigned int order) { return NULL; }
1822 #endif
1823
1824 /*
1825  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1826  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1827  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1828  */
1829 int move_freepages(struct zone *zone,
1830                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1831                           int migratetype)
1832 {
1833         struct page *page;
1834         unsigned int order;
1835         int pages_moved = 0;
1836
1837 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1838         /*
1839          * page_zone is not safe to call in this context when
1840          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1841          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1842          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1843          * grouping pages by mobility
1844          */
1845         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1846 #endif
1847
1848         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1849                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1850                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1851
1852                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1853                         page++;
1854                         continue;
1855                 }
1856
1857                 if (!PageBuddy(page)) {
1858                         page++;
1859                         continue;
1860                 }
1861
1862                 order = page_order(page);
1863                 list_move(&page->lru,
1864                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1865                 page += 1 << order;
1866                 pages_moved += 1 << order;
1867         }
1868
1869         return pages_moved;
1870 }
1871
1872 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1873                                 int migratetype)
1874 {
1875         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1876         struct page *start_page, *end_page;
1877
1878         start_pfn = page_to_pfn(page);
1879         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1880         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1881         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1882         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1883
1884         /* Do not cross zone boundaries */
1885         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1886                 start_page = page;
1887         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1888                 return 0;
1889
1890         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1891 }
1892
1893 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1894                                         int start_order, int migratetype)
1895 {
1896         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1897
1898         while (nr_pageblocks--) {
1899                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1900                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1901         }
1902 }
1903
1904 /*
1905  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1906  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1907  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1908  *
1909  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1910  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1911  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1912  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1913  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1914  * pageblocks.
1915  */
1916 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1917 {
1918         /*
1919          * Leaving this order check is intended, although there is
1920          * relaxed order check in next check. The reason is that
1921          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1922          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1923          * so could be changed anytime.
1924          */
1925         if (order >= pageblock_order)
1926                 return true;
1927
1928         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1929                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1930                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1931                 page_group_by_mobility_disabled)
1932                 return true;
1933
1934         return false;
1935 }
1936
1937 /*
1938  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1939  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1940  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1941  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1942  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1943  */
1944 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1945                                                           int start_type)
1946 {
1947         unsigned int current_order = page_order(page);
1948         int pages;
1949
1950         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1951         if (current_order >= pageblock_order) {
1952                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1953                 return;
1954         }
1955
1956         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1957
1958         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1959         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1960                         page_group_by_mobility_disabled)
1961                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1962 }
1963
1964 /*
1965  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1966  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1967  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1968  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1969  */
1970 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1971                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1972 {
1973         int i;
1974         int fallback_mt;
1975
1976         if (area->nr_free == 0)
1977                 return -1;
1978
1979         *can_steal = false;
1980         for (i = 0;; i++) {
1981                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1982                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1983                         break;
1984
1985                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1986                         continue;
1987
1988                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1989                         *can_steal = true;
1990
1991                 if (!only_stealable)
1992                         return fallback_mt;
1993
1994                 if (*can_steal)
1995                         return fallback_mt;
1996         }
1997
1998         return -1;
1999 }
2000
2001 /*
2002  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2003  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2004  */
2005 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2006                                 unsigned int alloc_order)
2007 {
2008         int mt;
2009         unsigned long max_managed, flags;
2010
2011         /*
2012          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2013          * Check is race-prone but harmless.
2014          */
2015         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2016         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2017                 return;
2018
2019         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2020
2021         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2022         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2023                 goto out_unlock;
2024
2025         /* Yoink! */
2026         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2027         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2028                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2029                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2030                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2031                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2032         }
2033
2034 out_unlock:
2035         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2036 }
2037
2038 /*
2039  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2040  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2041  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2042  * to recover from than an OOM.
2043  */
2044 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2045 {
2046         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2047         unsigned long flags;
2048         struct zoneref *z;
2049         struct zone *zone;
2050         struct page *page;
2051         int order;
2052
2053         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2054                                                                 ac->nodemask) {
2055                 /* Preserve at least one pageblock */
2056                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2057                         continue;
2058
2059                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2060                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2061                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2062
2063                         page = list_first_entry_or_null(
2064                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2065                                         struct page, lru);
2066                         if (!page)
2067                                 continue;
2068
2069                         /*
2070                          * It should never happen but changes to locking could
2071                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2072                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2073                          * and watch for underflows.
2074                          */
2075                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2076                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2077
2078                         /*
2079                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2080                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2081                          * is doing the work and needs the pages. More
2082                          * importantly, if the block was always converted to
2083                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2084                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2085                          * may increase.
2086                          */
2087                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2088                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2089                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2090                         return;
2091                 }
2092                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2093         }
2094 }
2095
2096 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2097 static inline struct page *
2098 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2099 {
2100         struct free_area *area;
2101         unsigned int current_order;
2102         struct page *page;
2103         int fallback_mt;
2104         bool can_steal;
2105
2106         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2107         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2108                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2109                                 --current_order) {
2110                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2111                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2112                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2113                 if (fallback_mt == -1)
2114                         continue;
2115
2116                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2117                                                 struct page, lru);
2118                 if (can_steal)
2119                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2120
2121                 /* Remove the page from the freelists */
2122                 area->nr_free--;
2123                 list_del(&page->lru);
2124                 rmv_page_order(page);
2125
2126                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2127                                         start_migratetype);
2128                 /*
2129                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2130                  * migratetype depending on the decisions in
2131                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2132                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2133                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2134                  */
2135                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2136
2137                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2138                         start_migratetype, fallback_mt);
2139
2140                 return page;
2141         }
2142
2143         return NULL;
2144 }
2145
2146 /*
2147  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2148  * Call me with the zone->lock already held.
2149  */
2150 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2151                                 int migratetype)
2152 {
2153         struct page *page;
2154
2155         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2156         if (unlikely(!page)) {
2157                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2158                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2159
2160                 if (!page)
2161                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2162         }
2163
2164         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2165         return page;
2166 }
2167
2168 /*
2169  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2170  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2171  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2172  */
2173 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2174                         unsigned long count, struct list_head *list,
2175                         int migratetype, bool cold)
2176 {
2177         int i;
2178
2179         spin_lock(&zone->lock);
2180         for (i = 0; i < count; ++i) {
2181                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2182                 if (unlikely(page == NULL))
2183                         break;
2184
2185                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2186                         continue;
2187
2188                 /*
2189                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2190                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2191                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2192                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2193                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2194                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2195                  * properly.
2196                  */
2197                 if (likely(!cold))
2198                         list_add(&page->lru, list);
2199                 else
2200                         list_add_tail(&page->lru, list);
2201                 list = &page->lru;
2202                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2203                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2204                                               -(1 << order));
2205         }
2206         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2207         spin_unlock(&zone->lock);
2208         return i;
2209 }
2210
2211 #ifdef CONFIG_NUMA
2212 /*
2213  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2214  * currently executing processor on remote nodes after they have
2215  * expired.
2216  *
2217  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2218  * a single processor.
2219  */
2220 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2221 {
2222         unsigned long flags;
2223         int to_drain, batch;
2224
2225         local_irq_save(flags);
2226         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2227         to_drain = min(pcp->count, batch);
2228         if (to_drain > 0) {
2229                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2230                 pcp->count -= to_drain;
2231         }
2232         local_irq_restore(flags);
2233 }
2234 #endif
2235
2236 /*
2237  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2238  *
2239  * The processor must either be the current processor and the
2240  * thread pinned to the current processor or a processor that
2241  * is not online.
2242  */
2243 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2244 {
2245         unsigned long flags;
2246         struct per_cpu_pageset *pset;
2247         struct per_cpu_pages *pcp;
2248
2249         local_irq_save(flags);
2250         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2251
2252         pcp = &pset->pcp;
2253         if (pcp->count) {
2254                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2255                 pcp->count = 0;
2256         }
2257         local_irq_restore(flags);
2258 }
2259
2260 /*
2261  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2262  *
2263  * The processor must either be the current processor and the
2264  * thread pinned to the current processor or a processor that
2265  * is not online.
2266  */
2267 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2268 {
2269         struct zone *zone;
2270
2271         for_each_populated_zone(zone) {
2272                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2273         }
2274 }
2275
2276 /*
2277  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2278  *
2279  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2280  * the single zone's pages.
2281  */
2282 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2283 {
2284         int cpu = smp_processor_id();
2285
2286         if (zone)
2287                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2288         else
2289                 drain_pages(cpu);
2290 }
2291
2292 /*
2293  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2294  *
2295  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2296  *
2297  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2298  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2299  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2300  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2301  * before the call to on_each_cpu_mask().
2302  */
2303 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2304 {
2305         int cpu;
2306
2307         /*
2308          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2309          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2310          */
2311         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2312
2313         /*
2314          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2315          * as offline notification will cause the notified
2316          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2317          * disables preemption as part of its processing
2318          */
2319         for_each_online_cpu(cpu) {
2320                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2321                 struct zone *z;
2322                 bool has_pcps = false;
2323
2324                 if (zone) {
2325                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2326                         if (pcp->pcp.count)
2327                                 has_pcps = true;
2328                 } else {
2329                         for_each_populated_zone(z) {
2330                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2331                                 if (pcp->pcp.count) {
2332                                         has_pcps = true;
2333                                         break;
2334                                 }
2335                         }
2336                 }
2337
2338                 if (has_pcps)
2339                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2340                 else
2341                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2342         }
2343         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2344                                                                 zone, 1);
2345 }
2346
2347 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2348
2349 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2350 {
2351         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2352         unsigned long flags;
2353         unsigned int order, t;
2354         struct page *page;
2355
2356         if (zone_is_empty(zone))
2357                 return;
2358
2359         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2360
2361         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2362         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2363                 if (pfn_valid(pfn)) {
2364                         page = pfn_to_page(pfn);
2365
2366                         if (page_zone(page) != zone)
2367                                 continue;
2368
2369                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2370                                 swsusp_unset_page_free(page);
2371                 }
2372
2373         for_each_migratetype_order(order, t) {
2374                 list_for_each_entry(page,
2375                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2376                         unsigned long i;
2377
2378                         pfn = page_to_pfn(page);
2379                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2380                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2381                 }
2382         }
2383         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2384 }
2385 #endif /* CONFIG_PM */
2386
2387 /*
2388  * Free a 0-order page
2389  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2390  */
2391 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2392 {
2393         struct zone *zone = page_zone(page);
2394         struct per_cpu_pages *pcp;
2395         unsigned long flags;
2396         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2397         int migratetype;
2398
2399         if (!free_pcp_prepare(page))
2400                 return;
2401
2402         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2403         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2404         local_irq_save(flags);
2405         __count_vm_event(PGFREE);
2406
2407         /*
2408          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2409          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2410          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2411          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2412          * excessively into the page allocator
2413          */
2414         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2415                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2416                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2417                         goto out;
2418                 }
2419                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2420         }
2421
2422         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2423         if (!cold)
2424                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2425         else
2426                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2427         pcp->count++;
2428         if (pcp->count >= pcp->high) {
2429                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2430                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2431                 pcp->count -= batch;
2432         }
2433
2434 out:
2435         local_irq_restore(flags);
2436 }
2437
2438 /*
2439  * Free a list of 0-order pages
2440  */
2441 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2442 {
2443         struct page *page, *next;
2444
2445         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2446                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2447                 free_hot_cold_page(page, cold);
2448         }
2449 }
2450
2451 /*
2452  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2453  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2454  * Each sub-page must be freed individually.
2455  *
2456  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2457  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2458  */
2459 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2460 {
2461         int i;
2462         gfp_t gfp_mask;
2463
2464         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2465         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2466
2467 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2468         /*
2469          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2470          * otherwise free the whole shadow.
2471          */
2472         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2473                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2474 #endif
2475
2476         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2477         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2478         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2479                 set_page_refcounted(page + i);
2480                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2481         }
2482 }
2483 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2484
2485 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2486 {
2487         unsigned long watermark;
2488         struct zone *zone;
2489         int mt;
2490
2491         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2492
2493         zone = page_zone(page);
2494         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2495
2496         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2497                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2498                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2499                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2500                         return 0;
2501
2502                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2503         }
2504
2505         /* Remove page from free list */
2506         list_del(&page->lru);
2507         zone->free_area[order].nr_free--;
2508         rmv_page_order(page);
2509
2510         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2511
2512         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2513         if (order >= pageblock_order - 1) {
2514                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2515                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2516                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2517                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2518                                 set_pageblock_migratetype(page,
2519                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2520                 }
2521         }
2522
2523
2524         return 1UL << order;
2525 }
2526
2527 /*
2528  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2529  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2530  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2531  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2532  * are enabled.
2533  *
2534  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2535  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2536  */
2537 int split_free_page(struct page *page)
2538 {
2539         unsigned int order;
2540         int nr_pages;
2541
2542         order = page_order(page);
2543
2544         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2545         if (!nr_pages)
2546                 return 0;
2547
2548         /* Split into individual pages */
2549         set_page_refcounted(page);
2550         split_page(page, order);
2551         return nr_pages;
2552 }
2553
2554 /*
2555  * Update NUMA hit/miss statistics
2556  *
2557  * Must be called with interrupts disabled.
2558  *
2559  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2560  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2561  * memory on behalf of other processes.
2562  */
2563 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2564                                                                 gfp_t flags)
2565 {
2566 #ifdef CONFIG_NUMA
2567         int local_nid = numa_node_id();
2568         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2569
2570         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2571                 local_stat = NUMA_OTHER;
2572                 local_nid = preferred_zone->node;
2573         }
2574
2575         if (z->node == local_nid) {
2576                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2577                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2578         } else {
2579                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2580                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2581         }
2582 #endif
2583 }
2584
2585 /*
2586  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2587  */
2588 static inline
2589 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2590                         struct zone *zone, unsigned int order,
2591                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2592                         int migratetype)
2593 {
2594         unsigned long flags;
2595         struct page *page;
2596         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2597
2598         if (likely(order == 0)) {
2599                 struct per_cpu_pages *pcp;
2600                 struct list_head *list;
2601
2602                 local_irq_save(flags);
2603                 do {
2604                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2605                         list = &pcp->lists[migratetype];
2606                         if (list_empty(list)) {
2607                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2608                                                 pcp->batch, list,
2609                                                 migratetype, cold);
2610                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2611                                         goto failed;
2612                         }
2613
2614                         if (cold)
2615                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2616                         else
2617                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2618                 } while (page && check_new_pcp(page));
2619
2620                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2621                 list_del(&page->lru);
2622                 pcp->count--;
2623         } else {
2624                 /*
2625                  * We most definitely don't want callers attempting to
2626                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2627                  */
2628                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2629                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2630
2631                 do {
2632                         page = NULL;
2633                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2634                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2635                                 if (page)
2636                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2637                         }
2638                         if (!page)
2639                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2640                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2641                 spin_unlock(&zone->lock);
2642                 if (!page)
2643                         goto failed;
2644                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2645                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2646                                           get_pcppage_migratetype(page));
2647         }
2648
2649         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2650             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2651                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2652
2653         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2654         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2655         local_irq_restore(flags);
2656
2657         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2658         return page;
2659
2660 failed:
2661         local_irq_restore(flags);
2662         return NULL;
2663 }
2664
2665 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2666
2667 static struct {
2668         struct fault_attr attr;
2669
2670         bool ignore_gfp_highmem;
2671         bool ignore_gfp_reclaim;
2672         u32 min_order;
2673 } fail_page_alloc = {
2674         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2675         .ignore_gfp_reclaim = true,
2676         .ignore_gfp_highmem = true,
2677         .min_order = 1,
2678 };
2679
2680 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2681 {
2682         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2683 }
2684 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2685
2686 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2687 {
2688         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2689                 return false;
2690         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2691                 return false;
2692         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2693                 return false;
2694         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2695                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2696                 return false;
2697
2698         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2699 }
2700
2701 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2702
2703 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2704 {
2705         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2706         struct dentry *dir;
2707
2708         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2709                                         &fail_page_alloc.attr);
2710         if (IS_ERR(dir))
2711                 return PTR_ERR(dir);
2712
2713         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2714                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2715                 goto fail;
2716         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2717                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2718                 goto fail;
2719         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2720                                 &fail_page_alloc.min_order))
2721                 goto fail;
2722
2723         return 0;
2724 fail:
2725         debugfs_remove_recursive(dir);
2726
2727         return -ENOMEM;
2728 }
2729
2730 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2731
2732 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2733
2734 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2735
2736 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2737 {
2738         return false;
2739 }
2740
2741 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2742
2743 /*
2744  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2745  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2746  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2747  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2748  */
2749 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2750                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2751                          long free_pages)
2752 {
2753         long min = mark;
2754         int o;
2755         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2756
2757         /* free_pages may go negative - that's OK */
2758         free_pages -= (1 << order) - 1;
2759
2760         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2761                 min -= min / 2;
2762
2763         /*
2764          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2765          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2766          * atomic reserve but it avoids a search.
2767          */
2768         if (likely(!alloc_harder))
2769                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2770         else
2771                 min -= min / 4;
2772
2773 #ifdef CONFIG_CMA
2774         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2775         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2776                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2777 #endif
2778
2779         /*
2780          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2781          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2782          * even if a suitable page happened to be free.
2783          */
2784         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2785                 return false;
2786
2787         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2788         if (!order)
2789                 return true;
2790
2791         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2792         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2793                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2794                 int mt;
2795
2796                 if (!area->nr_free)
2797                         continue;
2798
2799                 if (alloc_harder)
2800                         return true;
2801
2802                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2803                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2804                                 return true;
2805                 }
2806
2807 #ifdef CONFIG_CMA
2808                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2809                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2810                         return true;
2811                 }
2812 #endif
2813         }
2814         return false;
2815 }
2816
2817 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2818                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2819 {
2820         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2821                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2822 }
2823
2824 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2825                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2826 {
2827         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2828         long cma_pages = 0;
2829
2830 #ifdef CONFIG_CMA
2831         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2832         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2833                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2834 #endif
2835
2836         /*
2837          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2838          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2839          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2840          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2841          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2842          */
2843         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2844                 return true;
2845
2846         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2847                                         free_pages);
2848 }
2849
2850 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2851                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2852 {
2853         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2854
2855         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2856                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2857
2858         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2859                                                                 free_pages);
2860 }
2861
2862 #ifdef CONFIG_NUMA
2863 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2864 {
2865         return local_zone->node == zone->node;
2866 }
2867
2868 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2869 {
2870         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2871                                 RECLAIM_DISTANCE;
2872 }
2873 #else   /* CONFIG_NUMA */
2874 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2875 {
2876         return true;
2877 }
2878
2879 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2880 {
2881         return true;
2882 }
2883 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2884
2885 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2886 {
2887         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2888
2889         do {
2890                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2891                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2892                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2893                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2894         } while (zone++ != preferred_zone);
2895 }
2896
2897 /*
2898  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2899  * a page.
2900  */
2901 static struct page *
2902 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2903                                                 const struct alloc_context *ac)
2904 {
2905         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2906         struct zone *zone;
2907         bool fair_skipped = false;
2908         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2909
2910 zonelist_scan:
2911         /*
2912          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2913          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2914          */
2915         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2916                                                                 ac->nodemask) {
2917                 struct page *page;
2918                 unsigned long mark;
2919
2920                 if (cpusets_enabled() &&
2921                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2922                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2923                                 continue;
2924                 /*
2925                  * Distribute pages in proportion to the individual
2926                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2927                  * page was allocated in should have no effect on the
2928                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2929                  */
2930                 if (apply_fair) {
2931                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2932                                 fair_skipped = true;
2933                                 continue;
2934                         }
2935                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2936                                 if (fair_skipped)
2937                                         goto reset_fair;
2938                                 apply_fair = false;
2939                         }
2940                 }
2941                 /*
2942                  * When allocating a page cache page for writing, we
2943                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2944                  * limit, such that no single zone holds more than its
2945                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2946                  * The dirty limits take into account the zone's
2947                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2948                  * should be able to balance it without having to
2949                  * write pages from its LRU list.
2950                  *
2951                  * This may look like it could increase pressure on
2952                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2953                  * before they are full.  But the pages that do spill
2954                  * over are limited as the lower zones are protected
2955                  * by this very same mechanism.  It should not become
2956                  * a practical burden to them.
2957                  *
2958                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2959                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2960                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2961                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2962                  * zones are together not big enough to reach the
2963                  * global limit.  The proper fix for these situations
2964                  * will require awareness of zones in the
2965                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2966                  */
2967                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2968                         continue;
2969
2970                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2971                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2972                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2973                         int ret;
2974
2975                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2976                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2977                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2978                                 goto try_this_zone;
2979
2980                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2981                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2982                                 continue;
2983
2984                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2985                         switch (ret) {
2986                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2987                                 /* did not scan */
2988                                 continue;
2989                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2990                                 /* scanned but unreclaimable */
2991                                 continue;
2992                         default:
2993                                 /* did we reclaim enough */
2994                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2995                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2996                                         goto try_this_zone;
2997
2998                                 continue;
2999                         }
3000                 }
3001
3002 try_this_zone:
3003                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3004                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3005                 if (page) {
3006                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3007
3008                         /*
3009                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3010                          * if the pageblock should be reserved for the future
3011                          */
3012                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3013                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3014
3015                         return page;
3016                 }
3017         }
3018
3019         /*
3020          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3021          * local node.  However, the local node might have free pages left
3022          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3023          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3024          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3025          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3026          */
3027         if (fair_skipped) {
3028 reset_fair:
3029                 apply_fair = false;
3030                 fair_skipped = false;
3031                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3032                 goto zonelist_scan;
3033         }
3034
3035         return NULL;
3036 }
3037
3038 /*
3039  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3040  * meminfo in irq context.
3041  */
3042 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3043 {
3044         bool ret = false;
3045
3046 #if NODES_SHIFT > 8
3047         ret = in_interrupt();
3048 #endif
3049         return ret;
3050 }
3051
3052 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3053                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3054                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3055
3056 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3057 {
3058         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3059
3060         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3061             debug_guardpage_minorder() > 0)
3062                 return;
3063
3064         /*
3065          * This documents exceptions given to allocations in certain
3066          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3067          * of allowed nodes.
3068          */
3069         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3070                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3071                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3072                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3073         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3074                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3075
3076         if (fmt) {
3077                 struct va_format vaf;
3078                 va_list args;
3079
3080                 va_start(args, fmt);
3081
3082                 vaf.fmt = fmt;
3083                 vaf.va = &args;
3084
3085                 pr_warn("%pV", &vaf);
3086
3087                 va_end(args);
3088         }
3089
3090         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3091                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3092         dump_stack();
3093         if (!should_suppress_show_mem())
3094                 show_mem(filter);
3095 }
3096
3097 static inline struct page *
3098 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3099         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3100 {
3101         struct oom_control oc = {
3102                 .zonelist = ac->zonelist,
3103                 .nodemask = ac->nodemask,
3104                 .gfp_mask = gfp_mask,
3105                 .order = order,
3106         };
3107         struct page *page;
3108
3109         *did_some_progress = 0;
3110
3111         /*
3112          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3113          * making progress for us.
3114          */
3115         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3116                 *did_some_progress = 1;
3117                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3118                 return NULL;
3119         }
3120
3121         /*
3122          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3123          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3124          * we're still under heavy pressure.
3125          */
3126         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3127                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3128         if (page)
3129                 goto out;
3130
3131         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3132                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3133                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3134                         goto out;
3135                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3136                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3137                         goto out;
3138                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3139                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3140                         goto out;
3141                 if (pm_suspended_storage())
3142                         goto out;
3143                 /*
3144                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3145                  * other request to make a forward progress.
3146                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3147                  * do much for this context but let's try it to at least get
3148                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3149                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3150                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3151                  */
3152
3153                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3154                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3155                         goto out;
3156         }
3157         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3158         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3159                 *did_some_progress = 1;
3160
3161                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3162                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3163                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3164                         /*
3165                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3166                          * are depleted
3167                          */
3168                         if (!page)
3169                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3170                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3171                 }
3172         }
3173 out:
3174         mutex_unlock(&oom_lock);
3175         return page;
3176 }
3177
3178
3179 /*
3180  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3181  * killer is consider as the only way to move forward.
3182  */
3183 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3184
3185 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3186 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3187 static struct page *
3188 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3189                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3190                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3191 {
3192         struct page *page;
3193         int contended_compaction;
3194
3195         if (!order)
3196                 return NULL;
3197
3198         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3199         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3200                                                 mode, &contended_compaction);
3201         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3202
3203         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3204                 return NULL;
3205
3206         /*
3207          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3208          * count a compaction stall
3209          */
3210         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3211
3212         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3213                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3214
3215         if (page) {
3216                 struct zone *zone = page_zone(page);
3217
3218                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3219                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3220                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3221                 return page;
3222         }
3223
3224         /*
3225          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3226          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3227          */
3228         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3229
3230         /*
3231          * In all zones where compaction was attempted (and not
3232          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3233          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3234          * so we fallback to base pages instead.
3235          */
3236         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3237                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3238
3239         /*
3240          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3241          * want to further increase allocation latency, unless it is
3242          * khugepaged trying to collapse.
3243          */
3244         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3245                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3246                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3247
3248         cond_resched();
3249
3250         return NULL;
3251 }
3252
3253 static inline bool
3254 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3255                      enum compact_result compact_result, enum migrate_mode *migrate_mode,
3256                      int compaction_retries)
3257 {
3258         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3259
3260         if (!order)
3261                 return false;
3262
3263         /*
3264          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3265          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3266          * failure could be caused by weak migration mode.
3267          */
3268         if (compaction_failed(compact_result)) {
3269                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3270                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3271                         return true;
3272                 }
3273                 return false;
3274         }
3275
3276         /*
3277          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3278          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3279          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3280          * compaction.
3281          */
3282         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3283                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3284
3285         /*
3286          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3287          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3288          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3289          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3290          * would need much more detailed feedback from compaction to
3291          * make a better decision.
3292          */
3293         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3294                 max_retries /= 4;
3295         if (compaction_retries <= max_retries)
3296                 return true;
3297
3298         return false;
3299 }
3300 #else
3301 static inline struct page *
3302 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3303                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3304                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3305 {
3306         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3307         return NULL;
3308 }
3309
3310 static inline bool
3311 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3312                      enum compact_result compact_result,
3313                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3314                      int compaction_retries)
3315 {
3316         struct zone *zone;
3317         struct zoneref *z;
3318
3319         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3320                 return false;
3321
3322         /*
3323          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3324          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3325          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3326          * watermarks are OK.
3327          */
3328         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3329                                         ac->nodemask) {
3330                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3331                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3332                         return true;
3333         }
3334         return false;
3335 }
3336 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3337
3338 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3339 static int
3340 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3341                                         const struct alloc_context *ac)
3342 {
3343         struct reclaim_state reclaim_state;
3344         int progress;
3345
3346         cond_resched();
3347
3348         /* We now go into synchronous reclaim */
3349         cpuset_memory_pressure_bump();
3350         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3351         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3352         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3353         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3354
3355         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3356                                                                 ac->nodemask);
3357
3358         current->reclaim_state = NULL;
3359         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3360         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3361
3362         cond_resched();
3363
3364         return progress;
3365 }
3366
3367 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3368 static inline struct page *
3369 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3370                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3371                 unsigned long *did_some_progress)
3372 {
3373         struct page *page = NULL;
3374         bool drained = false;
3375
3376         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3377         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3378                 return NULL;
3379
3380 retry:
3381         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3382                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3383
3384         /*
3385          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3386          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3387          * Shrink them them and try again
3388          */
3389         if (!page && !drained) {
3390                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3391                 drain_all_pages(NULL);
3392                 drained = true;
3393                 goto retry;
3394         }
3395
3396         return page;
3397 }
3398
3399 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3400 {
3401         struct zoneref *z;
3402         struct zone *zone;
3403
3404         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3405                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3406                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3407 }
3408
3409 static inline unsigned int
3410 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3411 {
3412         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3413
3414         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3415         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3416
3417         /*
3418          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3419          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3420          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3421          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3422          */
3423         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3424
3425         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3426                 /*
3427                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3428                  * if it can't schedule.
3429                  */
3430                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3431                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3432                 /*
3433                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3434                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3435                  */
3436                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3437         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3438                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3439
3440         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3441                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3442                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3443                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3444                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3445                 else if (!in_interrupt() &&
3446                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3447                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3448                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3449         }
3450 #ifdef CONFIG_CMA
3451         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3452                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3453 #endif
3454         return alloc_flags;
3455 }
3456
3457 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3458 {
3459         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3460 }
3461
3462 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3463 {
3464         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3465 }
3466
3467 /*
3468  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3469  * is consider as the only way to move forward.
3470  */
3471 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3472
3473 /*
3474  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3475  * for the given allocation request.
3476  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3477  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3478  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3479  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3480  * no_progress_loops).
3481  *
3482  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3483  */
3484 static inline bool
3485 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3486                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3487                      bool did_some_progress, int no_progress_loops)
3488 {
3489         struct zone *zone;
3490         struct zoneref *z;
3491
3492         /*
3493          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3494          * several times in the row.
3495          */
3496         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3497                 return false;
3498
3499         /*
3500          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3501          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3502          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3503          * to go OOM.
3504          */
3505         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3506                                         ac->nodemask) {
3507                 unsigned long available;
3508                 unsigned long reclaimable;
3509
3510                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3511                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3512                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3513                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3514
3515                 /*
3516                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3517                  * available?
3518                  */
3519                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3520                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3521                         /*
3522                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3523                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3524                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3525                          * prevent from pre mature OOM
3526                          */
3527                         if (!did_some_progress) {
3528                                 unsigned long writeback;
3529                                 unsigned long dirty;
3530
3531                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3532                                                                      NR_WRITEBACK);
3533                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3534
3535                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3536                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3537                                         return true;
3538                                 }
3539                         }
3540
3541                         /*
3542                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3543                          * context and the current implementation of the WQ
3544                          * concurrency control doesn't recognize that
3545                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3546                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3547                          * do a short sleep here rather than calling
3548                          * cond_resched().
3549                          */
3550                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3551                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3552                         else
3553                                 cond_resched();
3554
3555                         return true;
3556                 }
3557         }
3558
3559         return false;
3560 }
3561
3562 static inline struct page *
3563 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3564                                                 struct alloc_context *ac)
3565 {
3566         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3567         struct page *page = NULL;
3568         unsigned int alloc_flags;
3569         unsigned long did_some_progress;
3570         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3571         enum compact_result compact_result;
3572         int compaction_retries = 0;
3573         int no_progress_loops = 0;
3574
3575         /*
3576          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3577          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3578          * be using allocators in order of preference for an area that is
3579          * too large.
3580          */
3581         if (order >= MAX_ORDER) {
3582                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3583                 return NULL;
3584         }
3585
3586         /*
3587          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3588          * callers that are not in atomic context.
3589          */
3590         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3591                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3592                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3593
3594 retry:
3595         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3596                 wake_all_kswapds(order, ac);
3597
3598         /*
3599          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3600          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3601          * to how we want to proceed.
3602          */
3603         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3604
3605         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3606         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3607                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3608         if (page)
3609                 goto got_pg;
3610
3611         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3612         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3613                 /*
3614                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3615                  * the allocation is high priority and these type of
3616                  * allocations are system rather than user orientated
3617                  */
3618                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3619                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3620                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3621                 if (page)
3622                         goto got_pg;
3623         }
3624
3625         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3626         if (!can_direct_reclaim) {
3627                 /*
3628                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3629                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3630                  * to fail.
3631                  */
3632                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3633                 goto nopage;
3634         }
3635
3636         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3637         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3638                 /*
3639                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3640                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3641                  * for somebody to do a work for us.
3642                  */
3643                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3644                         cond_resched();
3645                         goto retry;
3646                 }
3647                 goto nopage;
3648         }
3649
3650         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3651         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3652                 goto nopage;
3653
3654         /*
3655          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3656          * attempts after direct reclaim are synchronous
3657          */
3658         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3659                                         migration_mode,
3660                                         &compact_result);
3661         if (page)
3662                 goto got_pg;
3663
3664         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3665         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3666                 /*
3667                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3668                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3669                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3670                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3671                  * instead of entering direct reclaim.
3672                  */
3673                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3674                         goto nopage;
3675
3676                 /*
3677                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3678                  * excessive stalls.
3679                  */
3680                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3681                         goto nopage;
3682         }
3683
3684         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3685                 compaction_retries++;
3686
3687         /* Try direct reclaim and then allocating */
3688         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3689                                                         &did_some_progress);
3690         if (page)
3691                 goto got_pg;
3692
3693         /* Do not loop if specifically requested */
3694         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3695                 goto noretry;
3696
3697         /*
3698          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3699          * __GFP_REPEAT
3700          */
3701         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3702                 goto noretry;
3703
3704         /*
3705          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3706          * their order will become available due to high fragmentation so
3707          * always increment the no progress counter for them
3708          */
3709         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3710                 no_progress_loops = 0;
3711         else
3712                 no_progress_loops++;
3713
3714         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3715                                  did_some_progress > 0, no_progress_loops))
3716                 goto retry;
3717
3718         /*
3719          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3720          * reclaim is not able to make any progress because the current
3721          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3722          * of free memory (see __compaction_suitable)
3723          */
3724         if (did_some_progress > 0 &&
3725                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3726                                 compact_result, &migration_mode,
3727                                 compaction_retries))
3728                 goto retry;
3729
3730         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3731         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3732         if (page)
3733                 goto got_pg;
3734
3735         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3736         if (did_some_progress) {
3737                 no_progress_loops = 0;
3738                 goto retry;
3739         }
3740
3741 noretry:
3742         /*
3743          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3744          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3745          * reclaim so call directly if necessary.
3746          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3747          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3748          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3749          * at least light sync migration.
3750          */
3751         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3752                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3753         else
3754                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3755         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3756                                             ac, migration_mode,
3757                                             &compact_result);
3758         if (page)
3759                 goto got_pg;
3760 nopage:
3761         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3762 got_pg:
3763         return page;
3764 }
3765
3766 /*
3767  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3768  */
3769 struct page *
3770 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3771                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3772 {
3773         struct page *page;
3774         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3775         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3776         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3777         struct alloc_context ac = {
3778                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3779                 .zonelist = zonelist,
3780                 .nodemask = nodemask,
3781                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3782         };
3783
3784         if (cpusets_enabled()) {
3785                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3786                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3787                 if (!ac.nodemask)
3788                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3789         }
3790
3791         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3792
3793         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3794
3795         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3796
3797         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3798                 return NULL;
3799
3800         /*
3801          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3802          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3803          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3804          */
3805         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3806                 return NULL;
3807
3808         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3809                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3810
3811 retry_cpuset:
3812         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3813
3814         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3815         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3816
3817         /* The preferred zone is used for statistics later */
3818         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3819                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3820         if (!ac.preferred_zoneref) {
3821                 page = NULL;
3822                 goto no_zone;
3823         }
3824
3825         /* First allocation attempt */
3826         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3827         if (likely(page))
3828                 goto out;
3829
3830         /*
3831          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3832          * because I/O on the device might not complete.
3833          */
3834         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3835         ac.spread_dirty_pages = false;
3836
3837         /*
3838          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3839          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3840          */
3841         if (cpusets_enabled())
3842                 ac.nodemask = nodemask;
3843         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3844
3845 no_zone:
3846         /*
3847          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3848          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3849          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3850          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3851          */
3852         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3853                 alloc_mask = gfp_mask;
3854                 goto retry_cpuset;
3855         }
3856
3857 out:
3858         if (kmemcheck_enabled && page)
3859                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3860
3861         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3862
3863         return page;
3864 }
3865 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3866
3867 /*
3868  * Common helper functions.
3869  */
3870 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3871 {
3872         struct page *page;
3873
3874         /*
3875          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3876          * a highmem page
3877          */
3878         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3879
3880         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3881         if (!page)
3882                 return 0;
3883         return (unsigned long) page_address(page);
3884 }
3885 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3886
3887 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3888 {
3889         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3890 }
3891 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3892
3893 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3894 {
3895         if (put_page_testzero(page)) {
3896                 if (order == 0)
3897                         free_hot_cold_page(page, false);
3898                 else
3899                         __free_pages_ok(page, order);
3900         }
3901 }
3902
3903 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3904
3905 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3906 {
3907         if (addr != 0) {
3908                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3909                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3910         }
3911 }
3912
3913 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3914
3915 /*
3916  * Page Fragment:
3917  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3918  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3919  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3920  *
3921  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3922  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3923  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3924  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3925  */
3926 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3927                                        gfp_t gfp_mask)
3928 {
3929         struct page *page = NULL;
3930         gfp_t gfp = gfp_mask;
3931
3932 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3933         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3934                     __GFP_NOMEMALLOC;
3935         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3936                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3937         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3938 #endif
3939         if (unlikely(!page))
3940                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3941
3942         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3943
3944         return page;
3945 }
3946
3947 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3948                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3949 {
3950         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3951         struct page *page;
3952         int offset;
3953
3954         if (unlikely(!nc->va)) {
3955 refill:
3956                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3957                 if (!page)
3958                         return NULL;
3959
3960 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3961                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3962                 size = nc->size;
3963 #endif
3964                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3965                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3966                  */
3967                 page_ref_add(page, size - 1);
3968
3969                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3970                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3971                 nc->pagecnt_bias = size;
3972                 nc->offset = size;
3973         }
3974
3975         offset = nc->offset - fragsz;
3976         if (unlikely(offset < 0)) {
3977                 page = virt_to_page(nc->va);
3978
3979                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3980                         goto refill;
3981
3982 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3983                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3984                 size = nc->size;
3985 #endif
3986                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3987                 set_page_count(page, size);
3988
3989                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3990                 nc->pagecnt_bias = size;
3991                 offset = size - fragsz;
3992         }
3993
3994         nc->pagecnt_bias--;
3995         nc->offset = offset;
3996
3997         return nc->va + offset;
3998 }
3999 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
4000
4001 /*
4002  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4003  */
4004 void __free_page_frag(void *addr)
4005 {
4006         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4007
4008         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4009                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4010 }
4011 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4012
4013 /*
4014  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
4015  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
4016  * equivalent to alloc_pages.
4017  *
4018  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4019  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4020  */
4021 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4022 {
4023         struct page *page;
4024
4025         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4026         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4027                 __free_pages(page, order);
4028                 page = NULL;
4029         }
4030         return page;
4031 }
4032
4033 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4034 {
4035         struct page *page;
4036
4037         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4038         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4039                 __free_pages(page, order);
4040                 page = NULL;
4041         }
4042         return page;
4043 }
4044
4045 /*
4046  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4047  * alloc_kmem_pages.
4048  */
4049 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4050 {
4051         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4052         __free_pages(page, order);
4053 }
4054
4055 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4056 {
4057         if (addr != 0) {
4058                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4059                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4060         }
4061 }
4062
4063 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4064                 size_t size)
4065 {
4066         if (addr) {
4067                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4068                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4069
4070                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4071                 while (used < alloc_end) {
4072                         free_page(used);
4073                         used += PAGE_SIZE;
4074                 }
4075         }
4076         return (void *)addr;
4077 }
4078
4079 /**
4080  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4081  * @size: the number of bytes to allocate
4082  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4083  *
4084  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4085  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4086  * allocate memory in power-of-two pages.
4087  *
4088  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4089  *
4090  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4091  */
4092 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4093 {
4094         unsigned int order = get_order(size);
4095         unsigned long addr;
4096
4097         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4098         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4099 }
4100 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4101
4102 /**
4103  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4104  *                         pages on a node.
4105  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4106  * @size: the number of bytes to allocate
4107  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4108  *
4109  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4110  * back.
4111  */
4112 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4113 {
4114         unsigned int order = get_order(size);
4115         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4116         if (!p)
4117                 return NULL;
4118         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4119 }
4120
4121 /**
4122  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4123  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4124  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4125  *
4126  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4127  */
4128 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4129 {
4130         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4131         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4132
4133         while (addr < end) {
4134                 free_page(addr);
4135                 addr += PAGE_SIZE;
4136         }
4137 }
4138 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4139
4140 /**
4141  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4142  * @offset: The zone index of the highest zone
4143  *
4144  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4145  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4146  * zone, the number of pages is calculated as:
4147  *     managed_pages - high_pages
4148  */
4149 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4150 {
4151         struct zoneref *z;
4152         struct zone *zone;
4153
4154         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4155         unsigned long sum = 0;
4156
4157         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4158
4159         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4160                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4161                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4162                 if (size > high)
4163                         sum += size - high;
4164         }
4165
4166         return sum;
4167 }
4168
4169 /**
4170  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4171  *
4172  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4173  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4174  */
4175 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4176 {
4177         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4178 }
4179 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4180
4181 /**
4182  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4183  *
4184  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4185  * high watermark within all zones.
4186  */
4187 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4188 {
4189         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4190 }
4191
4192 static inline void show_node(struct zone *zone)
4193 {
4194         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4195                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4196 }
4197
4198 long si_mem_available(void)
4199 {
4200         long available;
4201         unsigned long pagecache;
4202         unsigned long wmark_low = 0;
4203         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4204         struct zone *zone;
4205         int lru;
4206
4207         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4208                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4209
4210         for_each_zone(zone)
4211                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4212
4213         /*
4214          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4215          * without causing swapping.
4216          */
4217         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4218
4219         /*
4220          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4221          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4222          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4223          */
4224         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4225         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4226         available += pagecache;
4227
4228         /*
4229          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4230          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4231          */
4232         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4233                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4234
4235         if (available < 0)
4236                 available = 0;
4237         return available;
4238 }
4239 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4240
4241 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4242 {
4243         val->totalram = totalram_pages;
4244         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4245         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4246         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4247         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4248         val->freehigh = nr_free_highpages();
4249         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4250 }
4251
4252 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4253
4254 #ifdef CONFIG_NUMA
4255 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4256 {
4257         int zone_type;          /* needs to be signed */
4258         unsigned long managed_pages = 0;
4259         unsigned long managed_highpages = 0;
4260         unsigned long free_highpages = 0;
4261         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4262
4263         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4264                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4265         val->totalram = managed_pages;
4266         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4267         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4268 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4269         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4270                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4271
4272                 if (is_highmem(zone)) {
4273                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4274                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4275                 }
4276         }
4277         val->totalhigh = managed_highpages;
4278         val->freehigh = free_highpages;
4279 #else
4280         val->totalhigh = managed_highpages;
4281         val->freehigh = free_highpages;
4282 #endif
4283         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4284 }
4285 #endif
4286
4287 /*
4288  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4289  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4290  */
4291 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4292 {
4293         bool ret = false;
4294         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4295
4296         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4297                 goto out;
4298
4299         do {
4300                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4301                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4302         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4303 out:
4304         return ret;
4305 }
4306
4307 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4308
4309 static void show_migration_types(unsigned char type)
4310 {
4311         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4312                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4313                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4314                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4315                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4316 #ifdef CONFIG_CMA
4317                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4318 #endif
4319 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4320                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4321 #endif
4322         };
4323         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4324         char *p = tmp;
4325         int i;
4326
4327         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4328                 if (type & (1 << i))
4329                         *p++ = types[i];
4330         }
4331
4332         *p = '\0';
4333         printk("(%s) ", tmp);
4334 }
4335
4336 /*
4337  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4338  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4339  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4340  *
4341  * Bits in @filter:
4342  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4343  *   cpuset.
4344  */
4345 void show_free_areas(unsigned int filter)
4346 {
4347         unsigned long free_pcp = 0;
4348         int cpu;
4349         struct zone *zone;
4350
4351         for_each_populated_zone(zone) {
4352                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4353                         continue;
4354
4355                 for_each_online_cpu(cpu)
4356                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4357         }
4358
4359         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4360                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4361                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4362                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4363                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4364                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4365                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4366                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4367                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4368                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4369                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4370                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4371                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4372                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4373                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4374                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4375                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4376                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4377                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4378                 global_page_state(NR_SHMEM),
4379                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4380                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4381                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4382                 free_pcp,
4383                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4384
4385         for_each_populated_zone(zone) {
4386                 int i;
4387
4388                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4389                         continue;
4390
4391                 free_pcp = 0;
4392                 for_each_online_cpu(cpu)
4393                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4394
4395                 show_node(zone);
4396                 printk("%s"
4397                         " free:%lukB"
4398                         " min:%lukB"
4399                         " low:%lukB"
4400                         " high:%lukB"
4401                         " active_anon:%lukB"
4402                         " inactive_anon:%lukB"
4403                         " active_file:%lukB"
4404                         " inactive_file:%lukB"
4405                         " unevictable:%lukB"
4406                         " isolated(anon):%lukB"
4407                         " isolated(file):%lukB"
4408                         " present:%lukB"
4409                         " managed:%lukB"
4410                         " mlocked:%lukB"
4411                         " dirty:%lukB"
4412                         " writeback:%lukB"
4413                         " mapped:%lukB"
4414                         " shmem:%lukB"
4415                         " slab_reclaimable:%lukB"
4416                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4417                         " kernel_stack:%lukB"
4418                         " pagetables:%lukB"
4419                         " unstable:%lukB"
4420                         " bounce:%lukB"
4421                         " free_pcp:%lukB"
4422                         " local_pcp:%ukB"
4423                         " free_cma:%lukB"
4424                         " writeback_tmp:%lukB"
4425                         " pages_scanned:%lu"
4426                         " all_unreclaimable? %s"
4427                         "\n",
4428                         zone->name,
4429                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4430                         K(min_wmark_pages(zone)),
4431                         K(low_wmark_pages(zone)),
4432                         K(high_wmark_pages(zone)),
4433                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4434                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4435                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4436                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4437                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4438                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4439                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4440                         K(zone->present_pages),
4441                         K(zone->managed_pages),
4442                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4443                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4444                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4445                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4446                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4447                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4448                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4449                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4450                                 THREAD_SIZE / 1024,
4451                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4452                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4453                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4454                         K(free_pcp),
4455                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4456                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4457                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4458                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4459                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4460                         );
4461                 printk("lowmem_reserve[]:");
4462                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4463                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4464                 printk("\n");
4465         }
4466
4467         for_each_populated_zone(zone) {
4468                 unsigned int order;
4469                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4470                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4471
4472                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4473                         continue;
4474                 show_node(zone);
4475                 printk("%s: ", zone->name);
4476
4477                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4478                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4479                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4480                         int type;
4481
4482                         nr[order] = area->nr_free;
4483                         total += nr[order] << order;
4484
4485                         types[order] = 0;
4486                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4487                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4488                                         types[order] |= 1 << type;
4489                         }
4490                 }
4491                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4492                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4493                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4494                         if (nr[order])
4495                                 show_migration_types(types[order]);
4496                 }
4497                 printk("= %lukB\n", K(total));
4498         }
4499
4500         hugetlb_show_meminfo();
4501
4502         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4503
4504         show_swap_cache_info();
4505 }
4506
4507 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4508 {
4509         zoneref->zone = zone;
4510         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4511 }
4512
4513 /*
4514  * Builds allocation fallback zone lists.
4515  *
4516  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4517  */
4518 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4519                                 int nr_zones)
4520 {
4521         struct zone *zone;
4522         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4523
4524         do {
4525                 zone_type--;
4526                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4527                 if (populated_zone(zone)) {
4528                         zoneref_set_zone(zone,
4529                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4530                         check_highest_zone(zone_type);
4531                 }
4532         } while (zone_type);
4533
4534         return nr_zones;
4535 }
4536
4537
4538 /*
4539  *  zonelist_order:
4540  *  0 = automatic detection of better ordering.
4541  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4542  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4543  *
4544  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4545  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4546  */
4547 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4548 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4549 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4550
4551 /* zonelist order in the kernel.
4552  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4553  */
4554 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4555 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4556
4557
4558 #ifdef CONFIG_NUMA
4559 /* The value user specified ....changed by config */
4560 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4561 /* string for sysctl */
4562 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4563 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4564
4565 /*
4566  * interface for configure zonelist ordering.
4567  * command line option "numa_zonelist_order"
4568  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4569  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4570  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4571  */
4572
4573 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4574 {
4575         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4576                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4577         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4578                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4579         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4580                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4581         } else {
4582                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4583                 return -EINVAL;
4584         }
4585         return 0;
4586 }
4587
4588 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4589 {
4590         int ret;
4591
4592         if (!s)
4593                 return 0;
4594
4595         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4596         if (ret == 0)
4597                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4598
4599         return ret;
4600 }
4601 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4602
4603 /*
4604  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4605  */
4606 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4607                 void __user *buffer, size_t *length,
4608                 loff_t *ppos)
4609 {
4610         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4611         int ret;
4612         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4613
4614         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4615         if (write) {
4616                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4617                         ret = -EINVAL;
4618                         goto out;
4619                 }
4620                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4621         }
4622         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4623         if (ret)
4624                 goto out;
4625         if (write) {
4626                 int oldval = user_zonelist_order;
4627
4628                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4629                 if (ret) {
4630                         /*
4631                          * bogus value.  restore saved string
4632                          */
4633                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4634                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4635                         user_zonelist_order = oldval;
4636                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4637                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4638                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4639                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4640                 }
4641         }
4642 out:
4643         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4644         return ret;
4645 }
4646
4647
4648 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4649 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4650
4651 /**
4652  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4653  * @node: node whose fallback list we're appending
4654  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4655  *
4656  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4657  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4658  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4659  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4660  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4661  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4662  * on them otherwise.
4663  * It returns -1 if no node is found.
4664  */
4665 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4666 {
4667         int n, val;
4668         int min_val = INT_MAX;
4669         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4670         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4671
4672         /* Use the local node if we haven't already */
4673         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4674                 node_set(node, *used_node_mask);
4675                 return node;
4676         }
4677
4678         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4679
4680                 /* Don't want a node to appear more than once */
4681                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4682                         continue;
4683
4684                 /* Use the distance array to find the distance */
4685                 val = node_distance(node, n);
4686
4687                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4688                 val += (n < node);
4689
4690                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4691                 tmp = cpumask_of_node(n);
4692                 if (!cpumask_empty(tmp))
4693                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4694
4695                 /* Slight preference for less loaded node */
4696                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4697                 val += node_load[n];
4698
4699                 if (val < min_val) {
4700                         min_val = val;
4701                         best_node = n;
4702                 }
4703         }
4704
4705         if (best_node >= 0)
4706                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4707
4708         return best_node;
4709 }
4710
4711
4712 /*
4713  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4714  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4715  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4716  */
4717 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4718 {
4719         int j;
4720         struct zonelist *zonelist;
4721
4722         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4723         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4724                 ;
4725         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4726         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4727         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4728 }
4729
4730 /*
4731  * Build gfp_thisnode zonelists
4732  */
4733 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4734 {
4735         int j;
4736         struct zonelist *zonelist;
4737
4738         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4739         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4740         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4741         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4742 }
4743
4744 /*
4745  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4746  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4747  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4748  * may still exist in local DMA zone.
4749  */
4750 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4751
4752 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4753 {
4754         int pos, j, node;
4755         int zone_type;          /* needs to be signed */
4756         struct zone *z;
4757         struct zonelist *zonelist;
4758
4759         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4760         pos = 0;
4761         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4762                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4763                         node = node_order[j];
4764                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4765                         if (populated_zone(z)) {
4766                                 zoneref_set_zone(z,
4767                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4768                                 check_highest_zone(zone_type);
4769                         }
4770                 }
4771         }
4772         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4773         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4774 }
4775
4776 #if defined(CONFIG_64BIT)
4777 /*
4778  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4779  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4780  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4781  */
4782 static int default_zonelist_order(void)
4783 {
4784         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4785 }
4786 #else
4787 /*
4788  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4789  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4790  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4791  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4792  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4793  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4794  */
4795 static int default_zonelist_order(void)
4796 {
4797         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4798 }
4799 #endif /* CONFIG_64BIT */
4800
4801 static void set_zonelist_order(void)
4802 {
4803         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4804                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4805         else
4806                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4807 }
4808
4809 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4810 {
4811         int i, node, load;
4812         nodemask_t used_mask;
4813         int local_node, prev_node;
4814         struct zonelist *zonelist;
4815         unsigned int order = current_zonelist_order;
4816
4817         /* initialize zonelists */
4818         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4819                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4820                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4821                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4822         }
4823
4824         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4825         local_node = pgdat->node_id;
4826         load = nr_online_nodes;
4827         prev_node = local_node;
4828         nodes_clear(used_mask);
4829
4830         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4831         i = 0;
4832
4833         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4834                 /*
4835                  * We don't want to pressure a particular node.
4836                  * So adding penalty to the first node in same
4837                  * distance group to make it round-robin.
4838                  */
4839                 if (node_distance(local_node, node) !=
4840                     node_distance(local_node, prev_node))
4841                         node_load[node] = load;
4842
4843                 prev_node = node;
4844                 load--;
4845                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4846                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4847                 else
4848                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4849         }
4850
4851         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4852                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4853                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4854         }
4855
4856         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4857 }
4858
4859 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4860 /*
4861  * Return node id of node used for "local" allocations.
4862  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4863  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4864  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4865  */
4866 int local_memory_node(int node)
4867 {
4868         struct zoneref *z;
4869
4870         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4871                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4872                                    NULL);
4873         return z->zone->node;
4874 }
4875 #endif
4876
4877 #else   /* CONFIG_NUMA */
4878
4879 static void set_zonelist_order(void)
4880 {
4881         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4882 }
4883
4884 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4885 {
4886         int node, local_node;
4887         enum zone_type j;
4888         struct zonelist *zonelist;
4889
4890         local_node = pgdat->node_id;
4891
4892         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4893         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4894
4895         /*
4896          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4897          * of all the other nodes.
4898          * We don't want to pressure a particular node, so when
4899          * building the zones for node N, we make sure that the
4900          * zones coming right after the local ones are those from
4901          * node N+1 (modulo N)
4902          */
4903         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4904                 if (!node_online(node))
4905                         continue;
4906                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4907         }
4908         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4909                 if (!node_online(node))
4910                         continue;
4911                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4912         }
4913
4914         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4915         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4916 }
4917
4918 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4919
4920 /*
4921  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4922  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4923  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4924  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4925  * with interrupts disabled.
4926  *
4927  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4928  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4929  * hotplugged processors.
4930  *
4931  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4932  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4933  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4934  */
4935 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4936 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4937 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4938
4939 /*
4940  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4941  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4942  */
4943 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4944
4945 /* return values int ....just for stop_machine() */
4946 static int __build_all_zonelists(void *data)
4947 {
4948         int nid;
4949         int cpu;
4950         pg_data_t *self = data;
4951
4952 #ifdef CONFIG_NUMA
4953         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4954 #endif
4955
4956         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4957                 build_zonelists(self);
4958         }
4959
4960         for_each_online_node(nid) {
4961                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4962
4963                 build_zonelists(pgdat);
4964         }
4965
4966         /*
4967          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4968          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4969          * each zone will be allocated later when the per cpu
4970          * allocator is available.
4971          *
4972          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4973          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4974          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4975          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4976          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4977          * (a chicken-egg dilemma).
4978          */
4979         for_each_possible_cpu(cpu) {
4980                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4981
4982 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4983                 /*
4984                  * We now know the "local memory node" for each node--
4985                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4986                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4987                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4988                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4989                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4990                  */
4991                 if (cpu_online(cpu))
4992                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4993 #endif
4994         }
4995
4996         return 0;
4997 }
4998
4999 static noinline void __init
5000 build_all_zonelists_init(void)
5001 {
5002         __build_all_zonelists(NULL);
5003         mminit_verify_zonelist();
5004         cpuset_init_current_mems_allowed();
5005 }
5006
5007 /*
5008  * Called with zonelists_mutex held always
5009  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5010  *
5011  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
5012  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
5013  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5014  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5015  */
5016 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
5017 {
5018         set_zonelist_order();
5019
5020         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5021                 build_all_zonelists_init();
5022         } else {
5023 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5024                 if (zone)
5025                         setup_zone_pageset(zone);
5026 #endif
5027                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5028                    of zonelist */
5029                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5030                 /* cpuset refresh routine should be here */
5031         }
5032         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5033         /*
5034          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5035          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5036          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5037          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5038          * disabled and enable it later
5039          */
5040         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5041                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5042         else
5043                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5044
5045         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5046                 nr_online_nodes,
5047                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5048                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5049                 vm_total_pages);
5050 #ifdef CONFIG_NUMA
5051         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5052 #endif
5053 }
5054
5055 /*
5056  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5057  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5058  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5059  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5060  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5061  * conservative, even though it seems large.
5062  *
5063  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5064  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5065  */
5066 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5067
5068 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5069 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5070 {
5071         unsigned long size = 1;
5072
5073         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5074
5075         while (size < pages)
5076                 size <<= 1;
5077
5078         /*
5079          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5080          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5081          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5082          */
5083         size = min(size, 4096UL);
5084
5085         return max(size, 4UL);
5086 }
5087 #else
5088 /*
5089  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5090  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5091  *
5092  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5093  *
5094  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5095  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5096  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5097  *
5098  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5099  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5100  *
5101  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5102  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5103  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5104  */
5105 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5106 {
5107         return 4096UL;
5108 }
5109 #endif
5110
5111 /*
5112  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5113  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5114  * hash function before the remainder is taken.
5115  */
5116 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5117 {
5118         return ffz(~size);
5119 }
5120
5121 /*
5122  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5123  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5124  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5125  */
5126 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5127                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5128 {
5129         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5130         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5131         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5132         unsigned long pfn;
5133         unsigned long nr_initialised = 0;
5134 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5135         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5136 #endif
5137
5138         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5139                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5140
5141         /*
5142          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5143          * memory
5144          */
5145         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5146                 start_pfn += altmap->reserve;
5147
5148         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5149                 /*
5150                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5151                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5152                  */
5153                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5154                         goto not_early;
5155
5156                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5157                         continue;
5158                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5159                         continue;
5160                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5161                         break;
5162
5163 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5164                 /*
5165                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5166                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5167                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5168                  */
5169                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5170                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5171                                 continue;
5172
5173                 /*
5174                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5175                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5176                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5177                  */
5178                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5179                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5180                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5181                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5182                                                 break;
5183                                 r = tmp;
5184                         }
5185                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5186                             memblock_is_mirror(r)) {
5187                                 /* already initialized as NORMAL */
5188                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5189                                 continue;
5190                         }
5191                 }
5192 #endif
5193
5194 not_early:
5195                 /*
5196                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5197                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5198                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5199                  * the address space during boot when many long-lived
5200                  * kernel allocations are made.
5201                  *
5202                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5203                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5204                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5205                  * pfn out of zone.
5206                  */
5207                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5208                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5209
5210                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5211                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5212                 } else {
5213                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5214                 }
5215         }
5216 }
5217
5218 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5219 {
5220         unsigned int order, t;
5221         for_each_migratetype_order(order, t) {
5222                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5223                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5224         }
5225 }
5226
5227 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5228 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5229         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5230 #endif
5231
5232 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5233 {
5234 #ifdef CONFIG_MMU
5235         int batch;
5236
5237         /*
5238          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5239          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5240          *
5241          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5242          */
5243         batch = zone->managed_pages / 1024;
5244         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5245                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5246         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5247         if (batch < 1)
5248                 batch = 1;
5249
5250         /*
5251          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5252          * of 2 value was found to be more likely to have
5253          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5254          *
5255          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5256          * batches of pages, one task can end up with a lot
5257          * of pages of one half of the possible page colors
5258          * and the other with pages of the other colors.
5259          */
5260         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5261
5262         return batch;
5263
5264 #else
5265         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5266          * conditions.
5267          *
5268          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5269          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5270          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5271          *
5272          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5273          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5274          * can be a significant delay between the individual batches being
5275          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5276          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5277          */
5278         return 0;
5279 #endif
5280 }
5281
5282 /*
5283  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5284  * ->batch must never be higher then ->high.
5285  * The following function updates them in a safe manner without read side
5286  * locking.
5287  *
5288  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5289  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5290  *
5291  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5292  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5293  * exist).
5294  */
5295 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5296                 unsigned long batch)
5297 {
5298        /* start with a fail safe value for batch */
5299         pcp->batch = 1;
5300         smp_wmb();
5301
5302        /* Update high, then batch, in order */
5303         pcp->high = high;
5304         smp_wmb();
5305
5306         pcp->batch = batch;
5307 }
5308
5309 /* a companion to pageset_set_high() */
5310 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5311 {
5312         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5313 }
5314
5315 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5316 {
5317         struct per_cpu_pages *pcp;
5318         int migratetype;
5319
5320         memset(p, 0, sizeof(*p));
5321
5322         pcp = &p->pcp;
5323         pcp->count = 0;
5324         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5325                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5326 }
5327
5328 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5329 {
5330         pageset_init(p);
5331         pageset_set_batch(p, batch);
5332 }
5333
5334 /*
5335  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5336  * to the value high for the pageset p.
5337  */
5338 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5339                                 unsigned long high)
5340 {
5341         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5342         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5343                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5344
5345         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5346 }
5347
5348 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5349                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5350 {
5351         if (percpu_pagelist_fraction)
5352                 pageset_set_high(pcp,
5353                         (zone->managed_pages /
5354                                 percpu_pagelist_fraction));
5355         else
5356                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5357 }
5358
5359 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5360 {
5361         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5362
5363         pageset_init(pcp);
5364         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5365 }
5366
5367 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5368 {
5369         int cpu;
5370         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5371         for_each_possible_cpu(cpu)
5372                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5373 }
5374
5375 /*
5376  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5377  * Before this call only boot pagesets were available.
5378  */
5379 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5380 {
5381         struct zone *zone;
5382
5383         for_each_populated_zone(zone)
5384                 setup_zone_pageset(zone);
5385 }
5386
5387 static noinline __init_refok
5388 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5389 {
5390         int i;
5391         size_t alloc_size;
5392
5393         /*
5394          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5395          * per zone.
5396          */
5397         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5398                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5399         zone->wait_table_bits =
5400                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5401         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5402                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5403
5404         if (!slab_is_available()) {
5405                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5406                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5407                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5408         } else {
5409                 /*
5410                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5411                  * via memory hot-add.
5412                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5413                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5414                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5415                  * node itself as well.
5416                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5417                  * necessary.
5418                  */
5419                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5420         }
5421         if (!zone->wait_table)
5422                 return -ENOMEM;
5423
5424         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5425                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5426
5427         return 0;
5428 }
5429
5430 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5431 {
5432         /*
5433          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5434          * relies on the ability of the linker to provide the
5435          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5436          */
5437         zone->pageset = &boot_pageset;
5438
5439         if (populated_zone(zone))
5440                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5441                         zone->name, zone->present_pages,
5442                                          zone_batchsize(zone));
5443 }
5444
5445 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5446                                         unsigned long zone_start_pfn,
5447                                         unsigned long size)
5448 {
5449         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5450         int ret;
5451         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5452         if (ret)
5453                 return ret;
5454         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5455
5456         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5457
5458         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5459                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5460                         pgdat->node_id,
5461                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5462                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5463
5464         zone_init_free_lists(zone);
5465
5466         return 0;
5467 }
5468
5469 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5470 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5471
5472 /*
5473  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5474  */
5475 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5476                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5477 {
5478         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5479         int nid;
5480
5481         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5482                 return state->last_nid;
5483
5484         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5485         if (nid != -1) {
5486                 state->last_start = start_pfn;
5487                 state->last_end = end_pfn;
5488                 state->last_nid = nid;
5489         }
5490
5491         return nid;
5492 }
5493 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5494
5495 /**
5496  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5497  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5498  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5499  *
5500  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5501  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5502  * memblock_free_early_nid() manually.
5503  */
5504 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5505 {
5506         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5507         int i, this_nid;
5508
5509         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5510                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5511                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5512
5513                 if (start_pfn < end_pfn)
5514                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5515                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5516                                         this_nid);
5517         }
5518 }
5519
5520 /**
5521  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5522  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5523  *
5524  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5525  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5526  */
5527 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5528 {
5529         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5530         int i, this_nid;
5531
5532         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5533                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5534 }
5535
5536 /**
5537  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5538  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5539  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5540  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5541  *
5542  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5543  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5544  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5545  * PFNs will be 0.
5546  */
5547 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5548                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5549 {
5550         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5551         int i;
5552
5553         *start_pfn = -1UL;
5554         *end_pfn = 0;
5555
5556         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5557                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5558                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5559         }
5560
5561         if (*start_pfn == -1UL)
5562                 *start_pfn = 0;
5563 }
5564
5565 /*
5566  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5567  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5568  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5569  */
5570 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5571 {
5572         int zone_index;
5573         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5574                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5575                         continue;
5576
5577                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5578                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5579                         break;
5580         }
5581
5582         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5583         movable_zone = zone_index;
5584 }
5585
5586 /*
5587  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5588  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5589  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5590  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5591  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5592  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5593  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5594  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5595  */
5596 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5597                                         unsigned long zone_type,
5598                                         unsigned long node_start_pfn,
5599                                         unsigned long node_end_pfn,
5600                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5601                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5602 {
5603         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5604         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5605                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5606                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5607                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5608                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5609                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5610
5611                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5612                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5613                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5614         }
5615 }
5616
5617 /*
5618  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5619  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5620  */
5621 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5622                                         unsigned long zone_type,
5623                                         unsigned long node_start_pfn,
5624                                         unsigned long node_end_pfn,
5625                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5626                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5627                                         unsigned long *ignored)
5628 {
5629         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5630         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5631                 return 0;
5632
5633         /* Get the start and end of the zone */
5634         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5635         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5636         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5637                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5638                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5639
5640         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5641         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5642                 return 0;
5643
5644         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5645         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5646         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5647
5648         /* Return the spanned pages */
5649         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5650 }
5651
5652 /*
5653  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5654  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5655  */
5656 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5657                                 unsigned long range_start_pfn,
5658                                 unsigned long range_end_pfn)
5659 {
5660         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5661         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5662         int i;
5663
5664         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5665                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5666                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5667                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5668         }
5669         return nr_absent;
5670 }
5671
5672 /**
5673  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5674  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5675  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5676  *
5677  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5678  */
5679 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5680                                                         unsigned long end_pfn)
5681 {
5682         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5683 }
5684
5685 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5686 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5687                                         unsigned long zone_type,
5688                                         unsigned long node_start_pfn,
5689                                         unsigned long node_end_pfn,
5690                                         unsigned long *ignored)
5691 {
5692         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5693         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5694         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5695         unsigned long nr_absent;
5696
5697         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5698         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5699                 return 0;
5700
5701         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5702         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5703
5704         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5705                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5706                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5707         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5708
5709         /*
5710          * ZONE_MOVABLE handling.
5711          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5712          * and vice versa.
5713          */
5714         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5715                 if (mirrored_kernelcore) {
5716                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5717                         struct memblock_region *r;
5718
5719                         for_each_memblock(memory, r) {
5720                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5721                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5722                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5723                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5724
5725                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5726                                     memblock_is_mirror(r))
5727                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5728
5729                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5730                                     !memblock_is_mirror(r))
5731                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5732                         }
5733                 } else {
5734                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5735                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5736                 }
5737         }
5738
5739         return nr_absent;
5740 }
5741
5742 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5743 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5744                                         unsigned long zone_type,
5745                                         unsigned long node_start_pfn,
5746                                         unsigned long node_end_pfn,
5747                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5748                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5749                                         unsigned long *zones_size)
5750 {
5751         unsigned int zone;
5752
5753         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5754         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5755                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5756
5757         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5758
5759         return zones_size[zone_type];
5760 }
5761
5762 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5763                                                 unsigned long zone_type,
5764                                                 unsigned long node_start_pfn,
5765                                                 unsigned long node_end_pfn,
5766                                                 unsigned long *zholes_size)
5767 {
5768         if (!zholes_size)
5769                 return 0;
5770
5771         return zholes_size[zone_type];
5772 }
5773
5774 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5775
5776 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5777                                                 unsigned long node_start_pfn,
5778                                                 unsigned long node_end_pfn,
5779                                                 unsigned long *zones_size,
5780                                                 unsigned long *zholes_size)
5781 {
5782         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5783         enum zone_type i;
5784
5785         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5786                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5787                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5788                 unsigned long size, real_size;
5789
5790                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5791                                                   node_start_pfn,
5792                                                   node_end_pfn,
5793                                                   &zone_start_pfn,
5794                                                   &zone_end_pfn,
5795                                                   zones_size);
5796                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5797                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5798                                                   zholes_size);
5799                 if (size)
5800                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5801                 else
5802                         zone->zone_start_pfn = 0;
5803                 zone->spanned_pages = size;
5804                 zone->present_pages = real_size;
5805
5806                 totalpages += size;
5807                 realtotalpages += real_size;
5808         }
5809
5810         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5811         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5812         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5813                                                         realtotalpages);
5814 }
5815
5816 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5817 /*
5818  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5819  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5820  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5821  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5822  * bytes.
5823  */
5824 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5825 {
5826         unsigned long usemapsize;
5827
5828         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5829         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5830         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5831         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5832         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5833
5834         return usemapsize / 8;
5835 }
5836
5837 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5838                                 struct zone *zone,
5839                                 unsigned long zone_start_pfn,
5840                                 unsigned long zonesize)
5841 {
5842         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5843         zone->pageblock_flags = NULL;
5844         if (usemapsize)
5845                 zone->pageblock_flags =
5846                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5847                                                          pgdat->node_id);
5848 }
5849 #else
5850 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5851                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5852 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5853
5854 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5855
5856 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5857 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5858 {
5859         unsigned int order;
5860
5861         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5862         if (pageblock_order)
5863                 return;
5864
5865         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5866                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5867         else
5868                 order = MAX_ORDER - 1;
5869
5870         /*
5871          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5872          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5873          * powerpc.
5874          */
5875         pageblock_order = order;
5876 }
5877 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5878
5879 /*
5880  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5881  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5882  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5883  * the kernel config
5884  */
5885 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5886 {
5887 }
5888
5889 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5890
5891 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5892                                                    unsigned long present_pages)
5893 {
5894         unsigned long pages = spanned_pages;
5895
5896         /*
5897          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5898          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5899          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5900          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5901          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5902          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5903          */
5904         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5905             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5906                 pages = present_pages;
5907
5908         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5909 }
5910
5911 /*
5912  * Set up the zone data structures:
5913  *   - mark all pages reserved
5914  *   - mark all memory queues empty
5915  *   - clear the memory bitmaps
5916  *
5917  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5918  */
5919 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5920 {
5921         enum zone_type j;
5922         int nid = pgdat->node_id;
5923         int ret;
5924
5925         pgdat_resize_init(pgdat);
5926 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5927         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5928         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5929         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5930 #endif
5931 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5932         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5933         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5934         pgdat->split_queue_len = 0;
5935 #endif
5936         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5937         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5938 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5939         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5940 #endif
5941         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5942
5943         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5944                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5945                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5946                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5947
5948                 size = zone->spanned_pages;
5949                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5950
5951                 /*
5952                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5953                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5954                  * and per-cpu initialisations
5955                  */
5956                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5957                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5958                         if (freesize >= memmap_pages) {
5959                                 freesize -= memmap_pages;
5960                                 if (memmap_pages)
5961                                         printk(KERN_DEBUG
5962                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5963                                                zone_names[j], memmap_pages);
5964                         } else
5965                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5966                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5967                 }
5968
5969                 /* Account for reserved pages */
5970                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5971                         freesize -= dma_reserve;
5972                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5973                                         zone_names[0], dma_reserve);
5974                 }
5975
5976                 if (!is_highmem_idx(j))
5977                         nr_kernel_pages += freesize;
5978                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5979                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5980                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5981                 nr_all_pages += freesize;
5982
5983                 /*
5984                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5985                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5986                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5987                  */
5988                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5989 #ifdef CONFIG_NUMA
5990                 zone->node = nid;
5991                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5992                                                 / 100;
5993                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5994 #endif
5995                 zone->name = zone_names[j];
5996                 spin_lock_init(&zone->lock);
5997                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5998                 zone_seqlock_init(zone);
5999                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6000                 zone_pcp_init(zone);
6001
6002                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
6003                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
6004
6005                 lruvec_init(&zone->lruvec);
6006                 if (!size)
6007                         continue;
6008
6009                 set_pageblock_order();
6010                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6011                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6012                 BUG_ON(ret);
6013                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6014         }
6015 }
6016
6017 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6018 {
6019         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6020         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6021
6022         /* Skip empty nodes */
6023         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6024                 return;
6025
6026 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6027         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6028         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6029         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6030         if (!pgdat->node_mem_map) {
6031                 unsigned long size, end;
6032                 struct page *map;
6033
6034                 /*
6035                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6036                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6037                  * for the buddy allocator to function correctly.
6038                  */
6039                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6040                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6041                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6042                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6043                 if (!map)
6044                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6045                                                                pgdat->node_id);
6046                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6047         }
6048 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6049         /*
6050          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6051          */
6052         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6053                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6054 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6055                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6056                         mem_map -= offset;
6057 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6058         }
6059 #endif
6060 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6061 }
6062
6063 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6064                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6065 {
6066         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6067         unsigned long start_pfn = 0;
6068         unsigned long end_pfn = 0;
6069
6070         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6071         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6072
6073         reset_deferred_meminit(pgdat);
6074         pgdat->node_id = nid;
6075         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6076 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6077         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6078         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6079                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6080                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6081 #else
6082         start_pfn = node_start_pfn;
6083 #endif
6084         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6085                                   zones_size, zholes_size);
6086
6087         alloc_node_mem_map(pgdat);
6088 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6089         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6090                 nid, (unsigned long)pgdat,
6091                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6092 #endif
6093
6094         free_area_init_core(pgdat);
6095 }
6096
6097 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6098
6099 #if MAX_NUMNODES > 1
6100 /*
6101  * Figure out the number of possible node ids.
6102  */
6103 void __init setup_nr_node_ids(void)
6104 {
6105         unsigned int highest;
6106
6107         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6108         nr_node_ids = highest + 1;
6109 }
6110 #endif
6111
6112 /**
6113  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6114  *
6115  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6116  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6117  * all the nodes.
6118  *
6119  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6120  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6121  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6122  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6123  *
6124  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6125  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6126  * populated node map.
6127  *
6128  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6129  * requirement (single node).
6130  */
6131 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6132 {
6133         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6134         unsigned long start, end, mask;
6135         int last_nid = -1;
6136         int i, nid;
6137
6138         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6139                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6140                         last_nid = nid;
6141                         last_end = end;
6142                         continue;
6143                 }
6144
6145                 /*
6146                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6147                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6148                  * too coarse to separate the current node from the last.
6149                  */
6150                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6151                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6152                         mask <<= 1;
6153
6154                 /* accumulate all internode masks */
6155                 accl_mask |= mask;
6156         }
6157
6158         /* convert mask to number of pages */
6159         return ~accl_mask + 1;
6160 }
6161
6162 /* Find the lowest pfn for a node */
6163 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6164 {
6165         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6166         unsigned long start_pfn;
6167         int i;
6168
6169         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6170                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6171
6172         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6173                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6174                 return 0;
6175         }
6176
6177         return min_pfn;
6178 }
6179
6180 /**
6181  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6182  *
6183  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6184  * memblock_set_node().
6185  */
6186 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6187 {
6188         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6189 }
6190
6191 /*
6192  * early_calculate_totalpages()
6193  * Sum pages in active regions for movable zone.
6194  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6195  */
6196 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6197 {
6198         unsigned long totalpages = 0;
6199         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6200         int i, nid;
6201
6202         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6203                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6204
6205                 totalpages += pages;
6206                 if (pages)
6207                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6208         }
6209         return totalpages;
6210 }
6211
6212 /*
6213  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6214  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6215  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6216  * others
6217  */
6218 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6219 {
6220         int i, nid;
6221         unsigned long usable_startpfn;
6222         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6223         /* save the state before borrow the nodemask */
6224         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6225         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6226         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6227         struct memblock_region *r;
6228
6229         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6230         find_usable_zone_for_movable();
6231
6232         /*
6233          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6234          * options.
6235          */
6236         if (movable_node_is_enabled()) {
6237                 for_each_memblock(memory, r) {
6238                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6239                                 continue;
6240
6241                         nid = r->nid;
6242
6243                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6244                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6245                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6246                                 usable_startpfn;
6247                 }
6248
6249                 goto out2;
6250         }
6251
6252         /*
6253          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6254          */
6255         if (mirrored_kernelcore) {
6256                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6257
6258                 for_each_memblock(memory, r) {
6259                         if (memblock_is_mirror(r))
6260                                 continue;
6261
6262                         nid = r->nid;
6263
6264                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6265
6266                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6267                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6268                                 continue;
6269                         }
6270
6271                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6272                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6273                                 usable_startpfn;
6274                 }
6275
6276                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6277                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6278
6279                 goto out2;
6280         }
6281
6282         /*
6283          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6284          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6285          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6286          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6287          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6288          * what movablecore would have allowed.
6289          */
6290         if (required_movablecore) {
6291                 unsigned long corepages;
6292
6293                 /*
6294                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6295                  * was requested by the user
6296                  */
6297                 required_movablecore =
6298                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6299                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6300                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6301
6302                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6303         }
6304
6305         /*
6306          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6307          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6308          */
6309         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6310                 goto out;
6311
6312         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6313         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6314
6315 restart:
6316         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6317         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6318         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6319                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6320
6321                 /*
6322                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6323                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6324                  * amount of memory for the kernel
6325                  */
6326                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6327                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6328
6329                 /*
6330                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6331                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6332                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6333                  */
6334                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6335
6336                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6337                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6338                         unsigned long size_pages;
6339
6340                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6341                         if (start_pfn >= end_pfn)
6342                                 continue;
6343
6344                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6345                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6346                                 unsigned long kernel_pages;
6347                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6348                                                                 - start_pfn;
6349
6350                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6351                                                         kernelcore_remaining);
6352                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6353                                                         required_kernelcore);
6354
6355                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6356                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6357
6358                                         /*
6359                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6360                                          * that if we have to rebalance
6361                                          * kernelcore across nodes, we will
6362                                          * not double account here
6363                                          */
6364                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6365                                         continue;
6366                                 }
6367                                 start_pfn = usable_startpfn;
6368                         }
6369
6370                         /*
6371                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6372                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6373                          * number of pages used as kernelcore
6374                          */
6375                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6376                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6377                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6378                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6379
6380                         /*
6381                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6382                          * break if the kernelcore for this node has been
6383                          * satisfied
6384                          */
6385                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6386                                                                 size_pages);
6387                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6388                         if (!kernelcore_remaining)
6389                                 break;
6390                 }
6391         }
6392
6393         /*
6394          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6395          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6396          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6397          * satisfied
6398          */
6399         usable_nodes--;
6400         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6401                 goto restart;
6402
6403 out2:
6404         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6405         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6406                 zone_movable_pfn[nid] =
6407                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6408
6409 out:
6410         /* restore the node_state */
6411         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6412 }
6413
6414 /* Any regular or high memory on that node ? */
6415 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6416 {
6417         enum zone_type zone_type;
6418
6419         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6420                 return;
6421
6422         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6423                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6424                 if (populated_zone(zone)) {
6425                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6426                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6427                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6428                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6429                         break;
6430                 }
6431         }
6432 }
6433
6434 /**
6435  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6436  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6437  *
6438  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6439  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6440  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6441  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6442  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6443  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6444  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6445  * at arch_max_dma_pfn.
6446  */
6447 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6448 {
6449         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6450         int i, nid;
6451
6452         /* Record where the zone boundaries are */
6453         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6454                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6455         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6456                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6457         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6458         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6459         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6460                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6461                         continue;
6462                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6463                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6464                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6465                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6466         }
6467         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6468         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6469
6470         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6471         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6472         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6473
6474         /* Print out the zone ranges */
6475         pr_info("Zone ranges:\n");
6476         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6477                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6478                         continue;
6479                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6480                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6481                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6482                         pr_cont("empty\n");
6483                 else
6484                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6485                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6486                                         << PAGE_SHIFT,
6487                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6488                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6489         }
6490
6491         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6492         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6493         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6494                 if (zone_movable_pfn[i])
6495                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6496                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6497         }
6498
6499         /* Print out the early node map */
6500         pr_info("Early memory node ranges\n");
6501         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6502                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6503                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6504                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6505
6506         /* Initialise every node */
6507         mminit_verify_pageflags_layout();
6508         setup_nr_node_ids();
6509         for_each_online_node(nid) {
6510                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6511                 free_area_init_node(nid, NULL,
6512                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6513
6514                 /* Any memory on that node */
6515                 if (pgdat->node_present_pages)
6516                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6517                 check_for_memory(pgdat, nid);
6518         }
6519 }
6520
6521 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6522 {
6523         unsigned long long coremem;
6524         if (!p)
6525                 return -EINVAL;
6526
6527         coremem = memparse(p, &p);
6528         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6529
6530         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6531         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6532
6533         return 0;
6534 }
6535
6536 /*
6537  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6538  * cannot be reclaimed or migrated.
6539  */
6540 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6541 {
6542         /* parse kernelcore=mirror */
6543         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6544                 mirrored_kernelcore = true;
6545                 return 0;
6546         }
6547
6548         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6549 }
6550
6551 /*
6552  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6553  * can be reclaimed or migrated.
6554  */
6555 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6556 {
6557         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6558 }
6559
6560 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6561 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6562
6563 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6564
6565 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6566 {
6567         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6568         page_zone(page)->managed_pages += count;
6569         totalram_pages += count;
6570 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6571         if (PageHighMem(page))
6572                 totalhigh_pages += count;
6573 #endif
6574         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6575 }
6576 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6577
6578 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6579 {
6580         void *pos;
6581         unsigned long pages = 0;
6582
6583         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6584         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6585         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6586                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6587                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6588                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6589         }
6590
6591         if (pages && s)
6592                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6593                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6594
6595         return pages;
6596 }
6597 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6598
6599 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6600 void free_highmem_page(struct page *page)
6601 {
6602         __free_reserved_page(page);
6603         totalram_pages++;
6604         page_zone(page)->managed_pages++;
6605         totalhigh_pages++;
6606 }
6607 #endif
6608
6609
6610 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6611 {
6612         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6613         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6614
6615         physpages = get_num_physpages();
6616         codesize = _etext - _stext;
6617         datasize = _edata - _sdata;
6618         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6619         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6620         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6621         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6622
6623         /*
6624          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6625          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6626          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6627          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6628          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6629          */
6630 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6631         do { \
6632                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6633                         size -= adj; \
6634         } while (0)
6635
6636         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6637                      _sinittext, init_code_size);
6638         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6639         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6640         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6641         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6642
6643 #undef  adj_init_size
6644
6645         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6646 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6647                 ", %luK highmem"
6648 #endif
6649                 "%s%s)\n",
6650                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6651                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6652                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6653                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6654                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6655                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6656 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6657                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6658 #endif
6659                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6660 }
6661
6662 /**
6663  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6664  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6665  *
6666  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6667  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6668  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6669  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6670  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6671  * smaller per-cpu batchsize.
6672  */
6673 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6674 {
6675         dma_reserve = new_dma_reserve;
6676 }
6677
6678 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6679 {
6680         free_area_init_node(0, zones_size,
6681                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6682 }
6683
6684 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6685                                  unsigned long action, void *hcpu)
6686 {
6687         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6688
6689         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6690                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6691                 drain_pages(cpu);
6692
6693                 /*
6694                  * Spill the event counters of the dead processor
6695                  * into the current processors event counters.
6696                  * This artificially elevates the count of the current
6697                  * processor.
6698                  */
6699                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6700
6701                 /*
6702                  * Zero the differential counters of the dead processor
6703                  * so that the vm statistics are consistent.
6704                  *
6705                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6706                  * race with what we are doing.
6707                  */
6708                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6709         }
6710         return NOTIFY_OK;
6711 }
6712
6713 void __init page_alloc_init(void)
6714 {
6715         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6716 }
6717
6718 /*
6719  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6720  *      or min_free_kbytes changes.
6721  */
6722 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6723 {
6724         struct pglist_data *pgdat;
6725         unsigned long reserve_pages = 0;
6726         enum zone_type i, j;
6727
6728         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6729                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6730                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6731                         long max = 0;
6732
6733                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6734                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6735                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6736                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6737                         }
6738
6739                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6740                         max += high_wmark_pages(zone);
6741
6742                         if (max > zone->managed_pages)
6743                                 max = zone->managed_pages;
6744
6745                         zone->totalreserve_pages = max;
6746
6747                         reserve_pages += max;
6748                 }
6749         }
6750         totalreserve_pages = reserve_pages;
6751 }
6752
6753 /*
6754  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6755  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6756  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6757  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6758  */
6759 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6760 {
6761         struct pglist_data *pgdat;
6762         enum zone_type j, idx;
6763
6764         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6765                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6766                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6767                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6768
6769                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6770
6771                         idx = j;
6772                         while (idx) {
6773                                 struct zone *lower_zone;
6774
6775                                 idx--;
6776
6777                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6778                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6779
6780                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6781                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6782                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6783                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6784                         }
6785                 }
6786         }
6787
6788         /* update totalreserve_pages */
6789         calculate_totalreserve_pages();
6790 }
6791
6792 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6793 {
6794         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6795         unsigned long lowmem_pages = 0;
6796         struct zone *zone;
6797         unsigned long flags;
6798
6799         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6800         for_each_zone(zone) {
6801                 if (!is_highmem(zone))
6802                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6803         }
6804
6805         for_each_zone(zone) {
6806                 u64 tmp;
6807
6808                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6809                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6810                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6811                 if (is_highmem(zone)) {
6812                         /*
6813                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6814                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6815                          * value here.
6816                          *
6817                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6818                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6819                          * not be capped for highmem.
6820                          */
6821                         unsigned long min_pages;
6822
6823                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6824                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6825                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6826                 } else {
6827                         /*
6828                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6829                          * proportionate to the zone's size.
6830                          */
6831                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6832                 }
6833
6834                 /*
6835                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6836                  * scale factor in proportion to available memory, but
6837                  * ensure a minimum size on small systems.
6838                  */
6839                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6840                             mult_frac(zone->managed_pages,
6841                                       watermark_scale_factor, 10000));
6842
6843                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6844                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6845
6846                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6847                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6848                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6849
6850                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6851         }
6852
6853         /* update totalreserve_pages */
6854         calculate_totalreserve_pages();
6855 }
6856
6857 /**
6858  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6859  * or when memory is hot-{added|removed}
6860  *
6861  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6862  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6863  */
6864 void setup_per_zone_wmarks(void)
6865 {
6866         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6867         __setup_per_zone_wmarks();
6868         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6869 }
6870
6871 /*
6872  * Initialise min_free_kbytes.
6873  *
6874  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6875  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6876  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6877  *
6878  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6879  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6880  *
6881  * which yields
6882  *
6883  * 16MB:        512k
6884  * 32MB:        724k
6885  * 64MB:        1024k
6886  * 128MB:       1448k
6887  * 256MB:       2048k
6888  * 512MB:       2896k
6889  * 1024MB:      4096k
6890  * 2048MB:      5792k
6891  * 4096MB:      8192k
6892  * 8192MB:      11584k
6893  * 16384MB:     16384k
6894  */
6895 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6896 {
6897         unsigned long lowmem_kbytes;
6898         int new_min_free_kbytes;
6899
6900         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6901         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6902
6903         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6904                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6905                 if (min_free_kbytes < 128)
6906                         min_free_kbytes = 128;
6907                 if (min_free_kbytes > 65536)
6908                         min_free_kbytes = 65536;
6909         } else {
6910                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6911                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6912         }
6913         setup_per_zone_wmarks();
6914         refresh_zone_stat_thresholds();
6915         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6916         return 0;
6917 }
6918 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6919
6920 /*
6921  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6922  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6923  *      changes.
6924  */
6925 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6926         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6927 {
6928         int rc;
6929
6930         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6931         if (rc)
6932                 return rc;
6933
6934         if (write) {
6935                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6936                 setup_per_zone_wmarks();
6937         }
6938         return 0;
6939 }
6940
6941 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6942         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6943 {
6944         int rc;
6945
6946         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6947         if (rc)
6948                 return rc;
6949
6950         if (write)
6951                 setup_per_zone_wmarks();
6952
6953         return 0;
6954 }
6955
6956 #ifdef CONFIG_NUMA
6957 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6958         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6959 {
6960         struct zone *zone;
6961         int rc;
6962
6963         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6964         if (rc)
6965                 return rc;
6966
6967         for_each_zone(zone)
6968                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6969                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6970         return 0;
6971 }
6972
6973 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6974         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6975 {
6976         struct zone *zone;
6977         int rc;
6978
6979         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6980         if (rc)
6981                 return rc;
6982
6983         for_each_zone(zone)
6984                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6985                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6986         return 0;
6987 }
6988 #endif
6989
6990 /*
6991  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6992  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6993  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6994  *
6995  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6996  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6997  * if in function of the boot time zone sizes.
6998  */
6999 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7000         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7001 {
7002         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7003         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7004         return 0;
7005 }
7006
7007 /*
7008  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7009  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7010  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7011  */
7012 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7013         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7014 {
7015         struct zone *zone;
7016         int old_percpu_pagelist_fraction;
7017         int ret;
7018
7019         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7020         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7021
7022         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7023         if (!write || ret < 0)
7024                 goto out;
7025
7026         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7027         if (percpu_pagelist_fraction &&
7028             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7029                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7030                 ret = -EINVAL;
7031                 goto out;
7032         }
7033
7034         /* No change? */
7035         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7036                 goto out;
7037
7038         for_each_populated_zone(zone) {
7039                 unsigned int cpu;
7040
7041                 for_each_possible_cpu(cpu)
7042                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7043                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7044         }
7045 out:
7046         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7047         return ret;
7048 }
7049
7050 #ifdef CONFIG_NUMA
7051 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7052
7053 static int __init set_hashdist(char *str)
7054 {
7055         if (!str)
7056                 return 0;
7057         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7058         return 1;
7059 }
7060 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7061 #endif
7062
7063 /*
7064  * allocate a large system hash table from bootmem
7065  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7066  *   quantity of entries
7067  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7068  */
7069 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7070                                      unsigned long bucketsize,
7071                                      unsigned long numentries,
7072                                      int scale,
7073                                      int flags,
7074                                      unsigned int *_hash_shift,
7075                                      unsigned int *_hash_mask,
7076                                      unsigned long low_limit,
7077                                      unsigned long high_limit)
7078 {
7079         unsigned long long max = high_limit;
7080         unsigned long log2qty, size;
7081         void *table = NULL;
7082
7083         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7084         if (!numentries) {
7085                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7086                 numentries = nr_kernel_pages;
7087
7088                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7089                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7090                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7091
7092                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7093                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7094                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7095                 else
7096                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7097
7098                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7099                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7100                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7101                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7102                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7103                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7104                                 BUG_ON(!numentries);
7105                         }
7106                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7107                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7108         }
7109         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7110
7111         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7112         if (max == 0) {
7113                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7114                 do_div(max, bucketsize);
7115         }
7116         max = min(max, 0x80000000ULL);
7117
7118         if (numentries < low_limit)
7119                 numentries = low_limit;
7120         if (numentries > max)
7121                 numentries = max;
7122
7123         log2qty = ilog2(numentries);
7124
7125         do {
7126                 size = bucketsize << log2qty;
7127                 if (flags & HASH_EARLY)
7128                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7129                 else if (hashdist)
7130                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7131                 else {
7132                         /*
7133                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7134                          * some pages at the end of hash table which
7135                          * alloc_pages_exact() automatically does
7136                          */
7137                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7138                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7139                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7140                         }
7141                 }
7142         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7143
7144         if (!table)
7145                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7146
7147         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7148                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7149
7150         if (_hash_shift)
7151                 *_hash_shift = log2qty;
7152         if (_hash_mask)
7153                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7154
7155         return table;
7156 }
7157
7158 /*
7159  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7160  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7161  *
7162  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7163  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7164  * expect this function should be exact.
7165  */
7166 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7167                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7168 {
7169         unsigned long pfn, iter, found;
7170         int mt;
7171
7172         /*
7173          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7174          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7175          */
7176         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7177                 return false;
7178         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7179         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7180                 return false;
7181
7182         pfn = page_to_pfn(page);
7183         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7184                 unsigned long check = pfn + iter;
7185
7186                 if (!pfn_valid_within(check))
7187                         continue;
7188
7189                 page = pfn_to_page(check);
7190
7191                 /*
7192                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7193                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7194                  * handle each tail page individually in migration.
7195                  */
7196                 if (PageHuge(page)) {
7197                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7198                         continue;
7199                 }
7200
7201                 /*
7202                  * We can't use page_count without pin a page
7203                  * because another CPU can free compound page.
7204                  * This check already skips compound tails of THP
7205                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7206                  */
7207                 if (!page_ref_count(page)) {
7208                         if (PageBuddy(page))
7209                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7210                         continue;
7211                 }
7212
7213                 /*
7214                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7215                  * page_count() is not 0.
7216                  */
7217                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7218                         continue;
7219
7220                 if (!PageLRU(page))
7221                         found++;
7222                 /*
7223                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7224                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7225                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7226                  */
7227                 /*
7228                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7229                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7230                  *
7231                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7232                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7233                  * page at boot.
7234                  */
7235                 if (found > count)
7236                         return true;
7237         }
7238         return false;
7239 }
7240
7241 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7242 {
7243         struct zone *zone;
7244         unsigned long pfn;
7245
7246         /*
7247          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7248          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7249          * the zone but still within the section.
7250          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7251          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7252          */
7253         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7254                 return false;
7255
7256         zone = page_zone(page);
7257         pfn = page_to_pfn(page);
7258         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7259                 return false;
7260
7261         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7262 }
7263
7264 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7265
7266 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7267 {
7268         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7269                              pageblock_nr_pages) - 1);
7270 }
7271
7272 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7273 {
7274         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7275                                 pageblock_nr_pages));
7276 }
7277
7278 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7279 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7280                                         unsigned long start, unsigned long end)
7281 {
7282         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7283         unsigned long nr_reclaimed;
7284         unsigned long pfn = start;
7285         unsigned int tries = 0;
7286         int ret = 0;
7287
7288         migrate_prep();
7289
7290         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7291                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7292                         ret = -EINTR;
7293                         break;
7294                 }
7295
7296                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7297                         cc->nr_migratepages = 0;
7298                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7299                         if (!pfn) {
7300                                 ret = -EINTR;
7301                                 break;
7302                         }
7303                         tries = 0;
7304                 } else if (++tries == 5) {
7305                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7306                         break;
7307                 }
7308
7309                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7310                                                         &cc->migratepages);
7311                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7312
7313                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7314                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7315         }
7316         if (ret < 0) {
7317                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7318                 return ret;
7319         }
7320         return 0;
7321 }
7322
7323 /**
7324  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7325  * @start:      start PFN to allocate
7326  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7327  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7328  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7329  *                      in range must have the same migratetype and it must
7330  *                      be either of the two.
7331  *
7332  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7333  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7334  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7335  * pages fall in.
7336  *
7337  * The PFN range must belong to a single zone.
7338  *
7339  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7340  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7341  * need to be freed with free_contig_range().
7342  */
7343 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7344                        unsigned migratetype)
7345 {
7346         unsigned long outer_start, outer_end;
7347         unsigned int order;
7348         int ret = 0;
7349
7350         struct compact_control cc = {
7351                 .nr_migratepages = 0,
7352                 .order = -1,
7353                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7354                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7355                 .ignore_skip_hint = true,
7356         };
7357         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7358
7359         /*
7360          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7361          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7362          * have different sizes, and due to the way page allocator
7363          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7364          * that page allocator won't try to merge buddies from
7365          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7366          * other migration type.
7367          *
7368          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7369          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7370          * we are interested in).  This will put all the pages in
7371          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7372          *
7373          * When this is done, we take the pages in range from page
7374          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7375          * page allocator will never consider using them.
7376          *
7377          * This lets us mark the pageblocks back as
7378          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7379          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7380          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7381          */
7382
7383         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7384                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7385                                        false);
7386         if (ret)
7387                 return ret;
7388
7389         /*
7390          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7391          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7392          */
7393         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7394         if (ret && ret != -EBUSY)
7395                 goto done;
7396
7397         /*
7398          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7399          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7400          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7401          * What we are going to do is to allocate all pages from
7402          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7403          *
7404          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7405          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7406          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7407          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7408          * once this is done free the pages we are not interested in.
7409          *
7410          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7411          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7412          */
7413
7414         lru_add_drain_all();
7415         drain_all_pages(cc.zone);
7416
7417         order = 0;
7418         outer_start = start;
7419         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7420                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7421                         outer_start = start;
7422                         break;
7423                 }
7424                 outer_start &= ~0UL << order;
7425         }
7426
7427         if (outer_start != start) {
7428                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7429
7430                 /*
7431                  * outer_start page could be small order buddy page and
7432                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7433                  * in this case to report failed page properly
7434                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7435                  */
7436                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7437                         outer_start = start;
7438         }
7439
7440         /* Make sure the range is really isolated. */
7441         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7442                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7443                         __func__, outer_start, end);
7444                 ret = -EBUSY;
7445                 goto done;
7446         }
7447
7448         /* Grab isolated pages from freelists. */
7449         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7450         if (!outer_end) {
7451                 ret = -EBUSY;
7452                 goto done;
7453         }
7454
7455         /* Free head and tail (if any) */
7456         if (start != outer_start)
7457                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7458         if (end != outer_end)
7459                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7460
7461 done:
7462         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7463                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7464         return ret;
7465 }
7466
7467 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7468 {
7469         unsigned int count = 0;
7470
7471         for (; nr_pages--; pfn++) {
7472                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7473
7474                 count += page_count(page) != 1;
7475                 __free_page(page);
7476         }
7477         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7478 }
7479 #endif
7480
7481 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7482 /*
7483  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7484  * page high values need to be recalulated.
7485  */
7486 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7487 {
7488         unsigned cpu;
7489         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7490         for_each_possible_cpu(cpu)
7491                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7492                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7493         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7494 }
7495 #endif
7496
7497 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7498 {
7499         unsigned long flags;
7500         int cpu;
7501         struct per_cpu_pageset *pset;
7502
7503         /* avoid races with drain_pages()  */
7504         local_irq_save(flags);
7505         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7506                 for_each_online_cpu(cpu) {
7507                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7508                         drain_zonestat(zone, pset);
7509                 }
7510                 free_percpu(zone->pageset);
7511                 zone->pageset = &boot_pageset;
7512         }
7513         local_irq_restore(flags);
7514 }
7515
7516 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7517 /*
7518  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7519  * before calling this.
7520  */
7521 void
7522 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7523 {
7524         struct page *page;
7525         struct zone *zone;
7526         unsigned int order, i;
7527         unsigned long pfn;
7528         unsigned long flags;
7529         /* find the first valid pfn */
7530         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7531                 if (pfn_valid(pfn))
7532                         break;
7533         if (pfn == end_pfn)
7534                 return;
7535         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7536         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7537         pfn = start_pfn;
7538         while (pfn < end_pfn) {
7539                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7540                         pfn++;
7541                         continue;
7542                 }
7543                 page = pfn_to_page(pfn);
7544                 /*
7545                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7546                  * page_count() is not 0.
7547                  */
7548                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7549                         pfn++;
7550                         SetPageReserved(page);
7551                         continue;
7552                 }
7553
7554                 BUG_ON(page_count(page));
7555                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7556                 order = page_order(page);
7557 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7558                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7559                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7560 #endif
7561                 list_del(&page->lru);
7562                 rmv_page_order(page);
7563                 zone->free_area[order].nr_free--;
7564                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7565                         SetPageReserved((page+i));
7566                 pfn += (1 << order);
7567         }
7568         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7569 }
7570 #endif
7571
7572 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7573 {
7574         struct zone *zone = page_zone(page);
7575         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7576         unsigned long flags;
7577         unsigned int order;
7578
7579         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7580         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7581                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7582
7583                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7584                         break;
7585         }
7586         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7587
7588         return order < MAX_ORDER;
7589 }