Merge remote-tracking branch 'asoc/fix/rt5677' into asoc-linus
[linux-drm-fsl-dcu.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64
65 #include <asm/sections.h>
66 #include <asm/tlbflush.h>
67 #include <asm/div64.h>
68 #include "internal.h"
69
70 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
71 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
72 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
73
74 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
75 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
76 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
77 #endif
78
79 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
80 /*
81  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
82  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
83  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
84  * defined in <linux/topology.h>.
85  */
86 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
87 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
88 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
89 #endif
90
91 /*
92  * Array of node states.
93  */
94 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
95         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
96         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
97 #ifndef CONFIG_NUMA
98         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
100         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #endif
102 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
103         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif  /* NUMA */
107 };
108 EXPORT_SYMBOL(node_states);
109
110 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
111 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
112
113 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
114 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
116 /*
117  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
118  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
119  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
120  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
121  */
122 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
123
124 int percpu_pagelist_fraction;
125 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
126
127 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
128 /*
129  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
130  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
131  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
132  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
133  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
134  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
135  */
136
137 static gfp_t saved_gfp_mask;
138
139 void pm_restore_gfp_mask(void)
140 {
141         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
142         if (saved_gfp_mask) {
143                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
144                 saved_gfp_mask = 0;
145         }
146 }
147
148 void pm_restrict_gfp_mask(void)
149 {
150         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
151         WARN_ON(saved_gfp_mask);
152         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
153         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
154 }
155
156 bool pm_suspended_storage(void)
157 {
158         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
159                 return false;
160         return true;
161 }
162 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
163
164 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
165 int pageblock_order __read_mostly;
166 #endif
167
168 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
169
170 /*
171  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
172  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
173  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
174  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
175  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
176  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
177  *
178  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
179  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
180  */
181 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
182 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
183          256,
184 #endif
185 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
186          256,
187 #endif
188 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
189          32,
190 #endif
191          32,
192 };
193
194 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
195
196 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
197 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
198          "DMA",
199 #endif
200 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
201          "DMA32",
202 #endif
203          "Normal",
204 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
205          "HighMem",
206 #endif
207          "Movable",
208 };
209
210 int min_free_kbytes = 1024;
211 int user_min_free_kbytes = -1;
212
213 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
214 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
215 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
216
217 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
218 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
221 static unsigned long __initdata required_movablecore;
222 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
223
224 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
225 int movable_zone;
226 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
227 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
228
229 #if MAX_NUMNODES > 1
230 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
231 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
232 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
233 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
234 #endif
235
236 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
237
238 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
239 {
240         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
241                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
242                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
243
244         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
245                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
246 }
247
248 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
249 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
250 {
251         int ret = 0;
252         unsigned seq;
253         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
254         unsigned long sp, start_pfn;
255
256         do {
257                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
258                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
259                 sp = zone->spanned_pages;
260                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
261                         ret = 1;
262         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
263
264         if (ret)
265                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
266                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
267                         start_pfn, start_pfn + sp);
268
269         return ret;
270 }
271
272 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
273 {
274         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
275                 return 0;
276         if (zone != page_zone(page))
277                 return 0;
278
279         return 1;
280 }
281 /*
282  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
283  */
284 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
285 {
286         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
287                 return 1;
288         if (!page_is_consistent(zone, page))
289                 return 1;
290
291         return 0;
292 }
293 #else
294 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
295 {
296         return 0;
297 }
298 #endif
299
300 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
301                 unsigned long bad_flags)
302 {
303         static unsigned long resume;
304         static unsigned long nr_shown;
305         static unsigned long nr_unshown;
306
307         /* Don't complain about poisoned pages */
308         if (PageHWPoison(page)) {
309                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
310                 return;
311         }
312
313         /*
314          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
315          * or allow a steady drip of one report per second.
316          */
317         if (nr_shown == 60) {
318                 if (time_before(jiffies, resume)) {
319                         nr_unshown++;
320                         goto out;
321                 }
322                 if (nr_unshown) {
323                         printk(KERN_ALERT
324                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
325                                 nr_unshown);
326                         nr_unshown = 0;
327                 }
328                 nr_shown = 0;
329         }
330         if (nr_shown++ == 0)
331                 resume = jiffies + 60 * HZ;
332
333         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
334                 current->comm, page_to_pfn(page));
335         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
336
337         print_modules();
338         dump_stack();
339 out:
340         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
341         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
342         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
343 }
344
345 /*
346  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
347  *
348  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
349  *
350  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
351  *
352  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
353  * pointing at the head page.
354  *
355  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
356  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
357  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
358  */
359
360 static void free_compound_page(struct page *page)
361 {
362         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
363 }
364
365 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
366 {
367         int i;
368         int nr_pages = 1 << order;
369
370         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
371         set_compound_order(page, order);
372         __SetPageHead(page);
373         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
374                 struct page *p = page + i;
375                 set_page_count(p, 0);
376                 p->first_page = page;
377                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
378                 smp_wmb();
379                 __SetPageTail(p);
380         }
381 }
382
383 static inline void prep_zero_page(struct page *page, unsigned int order,
384                                                         gfp_t gfp_flags)
385 {
386         int i;
387
388         /*
389          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
390          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
391          */
392         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
393         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
394                 clear_highpage(page + i);
395 }
396
397 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
398 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
399 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
400 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
401
402 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
403 {
404         if (!buf)
405                 return -EINVAL;
406
407         if (strcmp(buf, "on") == 0)
408                 _debug_pagealloc_enabled = true;
409
410         return 0;
411 }
412 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
413
414 static bool need_debug_guardpage(void)
415 {
416         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
417         if (!debug_pagealloc_enabled())
418                 return false;
419
420         return true;
421 }
422
423 static void init_debug_guardpage(void)
424 {
425         if (!debug_pagealloc_enabled())
426                 return;
427
428         _debug_guardpage_enabled = true;
429 }
430
431 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
432         .need = need_debug_guardpage,
433         .init = init_debug_guardpage,
434 };
435
436 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
437 {
438         unsigned long res;
439
440         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
441                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
442                 return 0;
443         }
444         _debug_guardpage_minorder = res;
445         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
446         return 0;
447 }
448 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
449
450 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
451                                 unsigned int order, int migratetype)
452 {
453         struct page_ext *page_ext;
454
455         if (!debug_guardpage_enabled())
456                 return;
457
458         page_ext = lookup_page_ext(page);
459         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
460
461         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
462         set_page_private(page, order);
463         /* Guard pages are not available for any usage */
464         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
465 }
466
467 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
468                                 unsigned int order, int migratetype)
469 {
470         struct page_ext *page_ext;
471
472         if (!debug_guardpage_enabled())
473                 return;
474
475         page_ext = lookup_page_ext(page);
476         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
477
478         set_page_private(page, 0);
479         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
480                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
481 }
482 #else
483 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
484 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
485                                 unsigned int order, int migratetype) {}
486 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
487                                 unsigned int order, int migratetype) {}
488 #endif
489
490 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
491 {
492         set_page_private(page, order);
493         __SetPageBuddy(page);
494 }
495
496 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
497 {
498         __ClearPageBuddy(page);
499         set_page_private(page, 0);
500 }
501
502 /*
503  * This function checks whether a page is free && is the buddy
504  * we can do coalesce a page and its buddy if
505  * (a) the buddy is not in a hole &&
506  * (b) the buddy is in the buddy system &&
507  * (c) a page and its buddy have the same order &&
508  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
509  *
510  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
511  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
512  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
513  * serialized by zone->lock.
514  *
515  * For recording page's order, we use page_private(page).
516  */
517 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
518                                                         unsigned int order)
519 {
520         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
521                 return 0;
522
523         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
524                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
525                         return 0;
526
527                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
528
529                 return 1;
530         }
531
532         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
533                 /*
534                  * zone check is done late to avoid uselessly
535                  * calculating zone/node ids for pages that could
536                  * never merge.
537                  */
538                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
539                         return 0;
540
541                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
542
543                 return 1;
544         }
545         return 0;
546 }
547
548 /*
549  * Freeing function for a buddy system allocator.
550  *
551  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
552  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
553  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
554  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
555  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
556  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
557  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
558  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
559  * parts of the VM system.
560  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
561  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
562  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
563  * field.
564  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
565  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
566  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
567  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
568  * triggers coalescing into a block of larger size.
569  *
570  * -- nyc
571  */
572
573 static inline void __free_one_page(struct page *page,
574                 unsigned long pfn,
575                 struct zone *zone, unsigned int order,
576                 int migratetype)
577 {
578         unsigned long page_idx;
579         unsigned long combined_idx;
580         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
581         struct page *buddy;
582         int max_order = MAX_ORDER;
583
584         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
585         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
586
587         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
588         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
589                 /*
590                  * We restrict max order of merging to prevent merge
591                  * between freepages on isolate pageblock and normal
592                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
593                  * could cause incorrect freepage accounting.
594                  */
595                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
596         } else {
597                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
598         }
599
600         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
601
602         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
603         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
604
605         while (order < max_order - 1) {
606                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
607                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
608                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
609                         break;
610                 /*
611                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
612                  * merge with it and move up one order.
613                  */
614                 if (page_is_guard(buddy)) {
615                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
616                 } else {
617                         list_del(&buddy->lru);
618                         zone->free_area[order].nr_free--;
619                         rmv_page_order(buddy);
620                 }
621                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
622                 page = page + (combined_idx - page_idx);
623                 page_idx = combined_idx;
624                 order++;
625         }
626         set_page_order(page, order);
627
628         /*
629          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
630          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
631          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
632          * that is happening, add the free page to the tail of the list
633          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
634          * as a higher order page
635          */
636         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
637                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
638                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
639                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
640                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
641                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
642                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
643                         list_add_tail(&page->lru,
644                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
645                         goto out;
646                 }
647         }
648
649         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
650 out:
651         zone->free_area[order].nr_free++;
652 }
653
654 static inline int free_pages_check(struct page *page)
655 {
656         const char *bad_reason = NULL;
657         unsigned long bad_flags = 0;
658
659         if (unlikely(page_mapcount(page)))
660                 bad_reason = "nonzero mapcount";
661         if (unlikely(page->mapping != NULL))
662                 bad_reason = "non-NULL mapping";
663         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
664                 bad_reason = "nonzero _count";
665         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
666                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
667                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
668         }
669 #ifdef CONFIG_MEMCG
670         if (unlikely(page->mem_cgroup))
671                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
672 #endif
673         if (unlikely(bad_reason)) {
674                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
675                 return 1;
676         }
677         page_cpupid_reset_last(page);
678         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
679                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
680         return 0;
681 }
682
683 /*
684  * Frees a number of pages from the PCP lists
685  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
686  * count is the number of pages to free.
687  *
688  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
689  * see if this freeing clears that state.
690  *
691  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
692  * pinned" detection logic.
693  */
694 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
695                                         struct per_cpu_pages *pcp)
696 {
697         int migratetype = 0;
698         int batch_free = 0;
699         int to_free = count;
700         unsigned long nr_scanned;
701
702         spin_lock(&zone->lock);
703         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
704         if (nr_scanned)
705                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
706
707         while (to_free) {
708                 struct page *page;
709                 struct list_head *list;
710
711                 /*
712                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
713                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
714                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
715                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
716                  * lists
717                  */
718                 do {
719                         batch_free++;
720                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
721                                 migratetype = 0;
722                         list = &pcp->lists[migratetype];
723                 } while (list_empty(list));
724
725                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
726                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
727                         batch_free = to_free;
728
729                 do {
730                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
731
732                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
733                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
734                         list_del(&page->lru);
735                         mt = get_freepage_migratetype(page);
736                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
737                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
738
739                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
740                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
741                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
742                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
743         }
744         spin_unlock(&zone->lock);
745 }
746
747 static void free_one_page(struct zone *zone,
748                                 struct page *page, unsigned long pfn,
749                                 unsigned int order,
750                                 int migratetype)
751 {
752         unsigned long nr_scanned;
753         spin_lock(&zone->lock);
754         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
755         if (nr_scanned)
756                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
757
758         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
759                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
760                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
761         }
762         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
763         spin_unlock(&zone->lock);
764 }
765
766 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
767 {
768         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
769                 return 0;
770         if (unlikely(!PageTail(page))) {
771                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
772                 return 1;
773         }
774         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
775                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
776                 return 1;
777         }
778         return 0;
779 }
780
781 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
782 {
783         bool compound = PageCompound(page);
784         int i, bad = 0;
785
786         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
787         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
788
789         trace_mm_page_free(page, order);
790         kmemcheck_free_shadow(page, order);
791         kasan_free_pages(page, order);
792
793         if (PageAnon(page))
794                 page->mapping = NULL;
795         bad += free_pages_check(page);
796         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
797                 if (compound)
798                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
799                 bad += free_pages_check(page + i);
800         }
801         if (bad)
802                 return false;
803
804         reset_page_owner(page, order);
805
806         if (!PageHighMem(page)) {
807                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
808                                            PAGE_SIZE << order);
809                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
810                                            PAGE_SIZE << order);
811         }
812         arch_free_page(page, order);
813         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
814
815         return true;
816 }
817
818 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
819 {
820         unsigned long flags;
821         int migratetype;
822         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
823
824         if (!free_pages_prepare(page, order))
825                 return;
826
827         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
828         local_irq_save(flags);
829         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
830         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
831         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
832         local_irq_restore(flags);
833 }
834
835 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
836 {
837         unsigned int nr_pages = 1 << order;
838         struct page *p = page;
839         unsigned int loop;
840
841         prefetchw(p);
842         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
843                 prefetchw(p + 1);
844                 __ClearPageReserved(p);
845                 set_page_count(p, 0);
846         }
847         __ClearPageReserved(p);
848         set_page_count(p, 0);
849
850         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
851         set_page_refcounted(page);
852         __free_pages(page, order);
853 }
854
855 #ifdef CONFIG_CMA
856 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
857 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
858 {
859         unsigned i = pageblock_nr_pages;
860         struct page *p = page;
861
862         do {
863                 __ClearPageReserved(p);
864                 set_page_count(p, 0);
865         } while (++p, --i);
866
867         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
868
869         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
870                 i = pageblock_nr_pages;
871                 p = page;
872                 do {
873                         set_page_refcounted(p);
874                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
875                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
876                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
877         } else {
878                 set_page_refcounted(page);
879                 __free_pages(page, pageblock_order);
880         }
881
882         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
883 }
884 #endif
885
886 /*
887  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
888  * Please do not alter this order without good reasons and regression
889  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
890  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
891  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
892  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
893  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
894  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
895  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
896  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
897  *
898  * -- nyc
899  */
900 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
901         int low, int high, struct free_area *area,
902         int migratetype)
903 {
904         unsigned long size = 1 << high;
905
906         while (high > low) {
907                 area--;
908                 high--;
909                 size >>= 1;
910                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
911
912                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
913                         debug_guardpage_enabled() &&
914                         high < debug_guardpage_minorder()) {
915                         /*
916                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
917                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
918                          * Corresponding page table entries will not be touched,
919                          * pages will stay not present in virtual address space
920                          */
921                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
922                         continue;
923                 }
924                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
925                 area->nr_free++;
926                 set_page_order(&page[size], high);
927         }
928 }
929
930 /*
931  * This page is about to be returned from the page allocator
932  */
933 static inline int check_new_page(struct page *page)
934 {
935         const char *bad_reason = NULL;
936         unsigned long bad_flags = 0;
937
938         if (unlikely(page_mapcount(page)))
939                 bad_reason = "nonzero mapcount";
940         if (unlikely(page->mapping != NULL))
941                 bad_reason = "non-NULL mapping";
942         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
943                 bad_reason = "nonzero _count";
944         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
945                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
946                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
947         }
948 #ifdef CONFIG_MEMCG
949         if (unlikely(page->mem_cgroup))
950                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
951 #endif
952         if (unlikely(bad_reason)) {
953                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
954                 return 1;
955         }
956         return 0;
957 }
958
959 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
960                                                                 int alloc_flags)
961 {
962         int i;
963
964         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
965                 struct page *p = page + i;
966                 if (unlikely(check_new_page(p)))
967                         return 1;
968         }
969
970         set_page_private(page, 0);
971         set_page_refcounted(page);
972
973         arch_alloc_page(page, order);
974         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
975         kasan_alloc_pages(page, order);
976
977         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
978                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
979
980         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
981                 prep_compound_page(page, order);
982
983         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
984
985         /*
986          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
987          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
988          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
989          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
990          */
991         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
992
993         return 0;
994 }
995
996 /*
997  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
998  * the smallest available page from the freelists
999  */
1000 static inline
1001 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1002                                                 int migratetype)
1003 {
1004         unsigned int current_order;
1005         struct free_area *area;
1006         struct page *page;
1007
1008         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1009         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1010                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1011                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1012                         continue;
1013
1014                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1015                                                         struct page, lru);
1016                 list_del(&page->lru);
1017                 rmv_page_order(page);
1018                 area->nr_free--;
1019                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1020                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1021                 return page;
1022         }
1023
1024         return NULL;
1025 }
1026
1027
1028 /*
1029  * This array describes the order lists are fallen back to when
1030  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1031  */
1032 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1033         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1034         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1035 #ifdef CONFIG_CMA
1036         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
1037         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1038 #else
1039         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1040 #endif
1041         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1042 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1043         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1044 #endif
1045 };
1046
1047 /*
1048  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1049  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1050  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1051  */
1052 int move_freepages(struct zone *zone,
1053                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1054                           int migratetype)
1055 {
1056         struct page *page;
1057         unsigned long order;
1058         int pages_moved = 0;
1059
1060 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1061         /*
1062          * page_zone is not safe to call in this context when
1063          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1064          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1065          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1066          * grouping pages by mobility
1067          */
1068         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1069 #endif
1070
1071         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1072                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1073                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1074
1075                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1076                         page++;
1077                         continue;
1078                 }
1079
1080                 if (!PageBuddy(page)) {
1081                         page++;
1082                         continue;
1083                 }
1084
1085                 order = page_order(page);
1086                 list_move(&page->lru,
1087                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1088                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1089                 page += 1 << order;
1090                 pages_moved += 1 << order;
1091         }
1092
1093         return pages_moved;
1094 }
1095
1096 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1097                                 int migratetype)
1098 {
1099         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1100         struct page *start_page, *end_page;
1101
1102         start_pfn = page_to_pfn(page);
1103         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1104         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1105         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1106         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1107
1108         /* Do not cross zone boundaries */
1109         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1110                 start_page = page;
1111         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1112                 return 0;
1113
1114         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1115 }
1116
1117 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1118                                         int start_order, int migratetype)
1119 {
1120         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1121
1122         while (nr_pageblocks--) {
1123                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1124                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1125         }
1126 }
1127
1128 /*
1129  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1130  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1131  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1132  *
1133  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1134  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1135  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1136  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1137  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1138  * pageblocks.
1139  *
1140  * If we claim more than half of the pageblock, change pageblock's migratetype
1141  * as well.
1142  */
1143 static void try_to_steal_freepages(struct zone *zone, struct page *page,
1144                                   int start_type, int fallback_type)
1145 {
1146         int current_order = page_order(page);
1147
1148         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1149         if (current_order >= pageblock_order) {
1150                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1151                 return;
1152         }
1153
1154         if (current_order >= pageblock_order / 2 ||
1155             start_type == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1156             start_type == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1157             page_group_by_mobility_disabled) {
1158                 int pages;
1159
1160                 pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1161
1162                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1163                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1164                                 page_group_by_mobility_disabled)
1165                         set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1166         }
1167 }
1168
1169 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1170 static inline struct page *
1171 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1172 {
1173         struct free_area *area;
1174         unsigned int current_order;
1175         struct page *page;
1176
1177         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1178         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1179                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1180                                 --current_order) {
1181                 int i;
1182                 for (i = 0;; i++) {
1183                         int migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1184                         int buddy_type = start_migratetype;
1185
1186                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1187                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1188                                 break;
1189
1190                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1191                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1192                                 continue;
1193
1194                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1195                                         struct page, lru);
1196                         area->nr_free--;
1197
1198                         if (!is_migrate_cma(migratetype)) {
1199                                 try_to_steal_freepages(zone, page,
1200                                                         start_migratetype,
1201                                                         migratetype);
1202                         } else {
1203                                 /*
1204                                  * When borrowing from MIGRATE_CMA, we need to
1205                                  * release the excess buddy pages to CMA
1206                                  * itself, and we do not try to steal extra
1207                                  * free pages.
1208                                  */
1209                                 buddy_type = migratetype;
1210                         }
1211
1212                         /* Remove the page from the freelists */
1213                         list_del(&page->lru);
1214                         rmv_page_order(page);
1215
1216                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1217                                         buddy_type);
1218
1219                         /*
1220                          * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1221                          * migratetype depending on the decisions in
1222                          * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1223                          * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1224                          * we need to make sure unallocated pages flushed from
1225                          * pcp lists are returned to the correct freelist.
1226                          */
1227                         set_freepage_migratetype(page, buddy_type);
1228
1229                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1230                                 start_migratetype, migratetype);
1231
1232                         return page;
1233                 }
1234         }
1235
1236         return NULL;
1237 }
1238
1239 /*
1240  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1241  * Call me with the zone->lock already held.
1242  */
1243 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1244                                                 int migratetype)
1245 {
1246         struct page *page;
1247
1248 retry_reserve:
1249         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1250
1251         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1252                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1253
1254                 /*
1255                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1256                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1257                  * and we want just one call site
1258                  */
1259                 if (!page) {
1260                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1261                         goto retry_reserve;
1262                 }
1263         }
1264
1265         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1266         return page;
1267 }
1268
1269 /*
1270  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1271  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1272  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1273  */
1274 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1275                         unsigned long count, struct list_head *list,
1276                         int migratetype, bool cold)
1277 {
1278         int i;
1279
1280         spin_lock(&zone->lock);
1281         for (i = 0; i < count; ++i) {
1282                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1283                 if (unlikely(page == NULL))
1284                         break;
1285
1286                 /*
1287                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1288                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1289                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1290                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1291                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1292                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1293                  * properly.
1294                  */
1295                 if (likely(!cold))
1296                         list_add(&page->lru, list);
1297                 else
1298                         list_add_tail(&page->lru, list);
1299                 list = &page->lru;
1300                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1301                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1302                                               -(1 << order));
1303         }
1304         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1305         spin_unlock(&zone->lock);
1306         return i;
1307 }
1308
1309 #ifdef CONFIG_NUMA
1310 /*
1311  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1312  * currently executing processor on remote nodes after they have
1313  * expired.
1314  *
1315  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1316  * a single processor.
1317  */
1318 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1319 {
1320         unsigned long flags;
1321         int to_drain, batch;
1322
1323         local_irq_save(flags);
1324         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1325         to_drain = min(pcp->count, batch);
1326         if (to_drain > 0) {
1327                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1328                 pcp->count -= to_drain;
1329         }
1330         local_irq_restore(flags);
1331 }
1332 #endif
1333
1334 /*
1335  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1336  *
1337  * The processor must either be the current processor and the
1338  * thread pinned to the current processor or a processor that
1339  * is not online.
1340  */
1341 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1342 {
1343         unsigned long flags;
1344         struct per_cpu_pageset *pset;
1345         struct per_cpu_pages *pcp;
1346
1347         local_irq_save(flags);
1348         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1349
1350         pcp = &pset->pcp;
1351         if (pcp->count) {
1352                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1353                 pcp->count = 0;
1354         }
1355         local_irq_restore(flags);
1356 }
1357
1358 /*
1359  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1360  *
1361  * The processor must either be the current processor and the
1362  * thread pinned to the current processor or a processor that
1363  * is not online.
1364  */
1365 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1366 {
1367         struct zone *zone;
1368
1369         for_each_populated_zone(zone) {
1370                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1371         }
1372 }
1373
1374 /*
1375  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1376  *
1377  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1378  * the single zone's pages.
1379  */
1380 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1381 {
1382         int cpu = smp_processor_id();
1383
1384         if (zone)
1385                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1386         else
1387                 drain_pages(cpu);
1388 }
1389
1390 /*
1391  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1392  *
1393  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1394  *
1395  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1396  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1397  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1398  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1399  * before the call to on_each_cpu_mask().
1400  */
1401 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1402 {
1403         int cpu;
1404
1405         /*
1406          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1407          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1408          */
1409         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1410
1411         /*
1412          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1413          * as offline notification will cause the notified
1414          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1415          * disables preemption as part of its processing
1416          */
1417         for_each_online_cpu(cpu) {
1418                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1419                 struct zone *z;
1420                 bool has_pcps = false;
1421
1422                 if (zone) {
1423                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1424                         if (pcp->pcp.count)
1425                                 has_pcps = true;
1426                 } else {
1427                         for_each_populated_zone(z) {
1428                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1429                                 if (pcp->pcp.count) {
1430                                         has_pcps = true;
1431                                         break;
1432                                 }
1433                         }
1434                 }
1435
1436                 if (has_pcps)
1437                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1438                 else
1439                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1440         }
1441         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1442                                                                 zone, 1);
1443 }
1444
1445 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1446
1447 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1448 {
1449         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1450         unsigned long flags;
1451         unsigned int order, t;
1452         struct list_head *curr;
1453
1454         if (zone_is_empty(zone))
1455                 return;
1456
1457         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1458
1459         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1460         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1461                 if (pfn_valid(pfn)) {
1462                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1463
1464                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1465                                 swsusp_unset_page_free(page);
1466                 }
1467
1468         for_each_migratetype_order(order, t) {
1469                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1470                         unsigned long i;
1471
1472                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1473                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1474                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1475                 }
1476         }
1477         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1478 }
1479 #endif /* CONFIG_PM */
1480
1481 /*
1482  * Free a 0-order page
1483  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1484  */
1485 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1486 {
1487         struct zone *zone = page_zone(page);
1488         struct per_cpu_pages *pcp;
1489         unsigned long flags;
1490         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1491         int migratetype;
1492
1493         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1494                 return;
1495
1496         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1497         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1498         local_irq_save(flags);
1499         __count_vm_event(PGFREE);
1500
1501         /*
1502          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1503          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1504          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1505          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1506          * excessively into the page allocator
1507          */
1508         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1509                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1510                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1511                         goto out;
1512                 }
1513                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1514         }
1515
1516         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1517         if (!cold)
1518                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1519         else
1520                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1521         pcp->count++;
1522         if (pcp->count >= pcp->high) {
1523                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1524                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1525                 pcp->count -= batch;
1526         }
1527
1528 out:
1529         local_irq_restore(flags);
1530 }
1531
1532 /*
1533  * Free a list of 0-order pages
1534  */
1535 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1536 {
1537         struct page *page, *next;
1538
1539         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1540                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1541                 free_hot_cold_page(page, cold);
1542         }
1543 }
1544
1545 /*
1546  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1547  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1548  * Each sub-page must be freed individually.
1549  *
1550  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1551  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1552  */
1553 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1554 {
1555         int i;
1556
1557         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1558         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1559
1560 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1561         /*
1562          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1563          * otherwise free the whole shadow.
1564          */
1565         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1566                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1567 #endif
1568
1569         set_page_owner(page, 0, 0);
1570         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1571                 set_page_refcounted(page + i);
1572                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1573         }
1574 }
1575 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1576
1577 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1578 {
1579         unsigned long watermark;
1580         struct zone *zone;
1581         int mt;
1582
1583         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1584
1585         zone = page_zone(page);
1586         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1587
1588         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1589                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1590                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1591                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1592                         return 0;
1593
1594                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1595         }
1596
1597         /* Remove page from free list */
1598         list_del(&page->lru);
1599         zone->free_area[order].nr_free--;
1600         rmv_page_order(page);
1601
1602         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1603         if (order >= pageblock_order - 1) {
1604                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1605                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1606                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1607                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1608                                 set_pageblock_migratetype(page,
1609                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1610                 }
1611         }
1612
1613         set_page_owner(page, order, 0);
1614         return 1UL << order;
1615 }
1616
1617 /*
1618  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1619  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1620  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1621  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1622  * are enabled.
1623  *
1624  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1625  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1626  */
1627 int split_free_page(struct page *page)
1628 {
1629         unsigned int order;
1630         int nr_pages;
1631
1632         order = page_order(page);
1633
1634         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1635         if (!nr_pages)
1636                 return 0;
1637
1638         /* Split into individual pages */
1639         set_page_refcounted(page);
1640         split_page(page, order);
1641         return nr_pages;
1642 }
1643
1644 /*
1645  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
1646  */
1647 static inline
1648 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1649                         struct zone *zone, unsigned int order,
1650                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1651 {
1652         unsigned long flags;
1653         struct page *page;
1654         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1655
1656         if (likely(order == 0)) {
1657                 struct per_cpu_pages *pcp;
1658                 struct list_head *list;
1659
1660                 local_irq_save(flags);
1661                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1662                 list = &pcp->lists[migratetype];
1663                 if (list_empty(list)) {
1664                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1665                                         pcp->batch, list,
1666                                         migratetype, cold);
1667                         if (unlikely(list_empty(list)))
1668                                 goto failed;
1669                 }
1670
1671                 if (cold)
1672                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1673                 else
1674                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1675
1676                 list_del(&page->lru);
1677                 pcp->count--;
1678         } else {
1679                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1680                         /*
1681                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1682                          *
1683                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1684                          * properly detect and handle allocation failures.
1685                          *
1686                          * We most definitely don't want callers attempting to
1687                          * allocate greater than order-1 page units with
1688                          * __GFP_NOFAIL.
1689                          */
1690                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1691                 }
1692                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1693                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1694                 spin_unlock(&zone->lock);
1695                 if (!page)
1696                         goto failed;
1697                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1698                                           get_freepage_migratetype(page));
1699         }
1700
1701         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1702         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1703             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1704                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1705
1706         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1707         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1708         local_irq_restore(flags);
1709
1710         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1711         return page;
1712
1713 failed:
1714         local_irq_restore(flags);
1715         return NULL;
1716 }
1717
1718 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1719
1720 static struct {
1721         struct fault_attr attr;
1722
1723         u32 ignore_gfp_highmem;
1724         u32 ignore_gfp_wait;
1725         u32 min_order;
1726 } fail_page_alloc = {
1727         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1728         .ignore_gfp_wait = 1,
1729         .ignore_gfp_highmem = 1,
1730         .min_order = 1,
1731 };
1732
1733 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1734 {
1735         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1736 }
1737 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1738
1739 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1740 {
1741         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1742                 return false;
1743         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1744                 return false;
1745         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1746                 return false;
1747         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1748                 return false;
1749
1750         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1751 }
1752
1753 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1754
1755 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1756 {
1757         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1758         struct dentry *dir;
1759
1760         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1761                                         &fail_page_alloc.attr);
1762         if (IS_ERR(dir))
1763                 return PTR_ERR(dir);
1764
1765         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1766                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1767                 goto fail;
1768         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1769                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1770                 goto fail;
1771         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1772                                 &fail_page_alloc.min_order))
1773                 goto fail;
1774
1775         return 0;
1776 fail:
1777         debugfs_remove_recursive(dir);
1778
1779         return -ENOMEM;
1780 }
1781
1782 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1783
1784 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1785
1786 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1787
1788 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1789 {
1790         return false;
1791 }
1792
1793 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1794
1795 /*
1796  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1797  * of the allocation.
1798  */
1799 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1800                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1801                         long free_pages)
1802 {
1803         /* free_pages may go negative - that's OK */
1804         long min = mark;
1805         int o;
1806         long free_cma = 0;
1807
1808         free_pages -= (1 << order) - 1;
1809         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1810                 min -= min / 2;
1811         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1812                 min -= min / 4;
1813 #ifdef CONFIG_CMA
1814         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1815         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1816                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1817 #endif
1818
1819         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1820                 return false;
1821         for (o = 0; o < order; o++) {
1822                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1823                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1824
1825                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1826                 min >>= 1;
1827
1828                 if (free_pages <= min)
1829                         return false;
1830         }
1831         return true;
1832 }
1833
1834 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1835                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1836 {
1837         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1838                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1839 }
1840
1841 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1842                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1843 {
1844         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1845
1846         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1847                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1848
1849         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1850                                                                 free_pages);
1851 }
1852
1853 #ifdef CONFIG_NUMA
1854 /*
1855  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1856  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1857  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1858  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1859  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1860  *
1861  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1862  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1863  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1864  *
1865  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1866  * nothing and returns NULL.
1867  *
1868  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1869  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1870  *
1871  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1872  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1873  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1874  * quickly as we can.
1875  */
1876 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1877 {
1878         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1879         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1880
1881         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1882         if (!zlc)
1883                 return NULL;
1884
1885         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1886                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1887                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1888         }
1889
1890         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1891                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1892                                         &node_states[N_MEMORY];
1893         return allowednodes;
1894 }
1895
1896 /*
1897  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1898  * if it is worth looking at further for free memory:
1899  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1900  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1901  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1902  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1903  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1904  * else return false (zero) if it is not.
1905  *
1906  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1907  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1908  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1909  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1910  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1911  * into the second scan of the zonelist.
1912  *
1913  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1914  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1915  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1916  * unturned looking for a free page.
1917  */
1918 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1919                                                 nodemask_t *allowednodes)
1920 {
1921         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1922         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1923         int n;                          /* node that zone *z is on */
1924
1925         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1926         if (!zlc)
1927                 return 1;
1928
1929         i = z - zonelist->_zonerefs;
1930         n = zlc->z_to_n[i];
1931
1932         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1933         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1934 }
1935
1936 /*
1937  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1938  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1939  * from that zone don't waste time re-examining it.
1940  */
1941 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1942 {
1943         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1944         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1945
1946         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1947         if (!zlc)
1948                 return;
1949
1950         i = z - zonelist->_zonerefs;
1951
1952         set_bit(i, zlc->fullzones);
1953 }
1954
1955 /*
1956  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1957  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1958  */
1959 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1960 {
1961         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1962
1963         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1964         if (!zlc)
1965                 return;
1966
1967         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1968 }
1969
1970 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1971 {
1972         return local_zone->node == zone->node;
1973 }
1974
1975 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1976 {
1977         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
1978                                 RECLAIM_DISTANCE;
1979 }
1980
1981 #else   /* CONFIG_NUMA */
1982
1983 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1984 {
1985         return NULL;
1986 }
1987
1988 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1989                                 nodemask_t *allowednodes)
1990 {
1991         return 1;
1992 }
1993
1994 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1995 {
1996 }
1997
1998 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1999 {
2000 }
2001
2002 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2003 {
2004         return true;
2005 }
2006
2007 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2008 {
2009         return true;
2010 }
2011
2012 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2013
2014 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2015 {
2016         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2017
2018         do {
2019                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2020                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2021                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2022                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2023         } while (zone++ != preferred_zone);
2024 }
2025
2026 /*
2027  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2028  * a page.
2029  */
2030 static struct page *
2031 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2032                                                 const struct alloc_context *ac)
2033 {
2034         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2035         struct zoneref *z;
2036         struct page *page = NULL;
2037         struct zone *zone;
2038         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2039         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2040         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2041         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2042                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2043         int nr_fair_skipped = 0;
2044         bool zonelist_rescan;
2045
2046 zonelist_scan:
2047         zonelist_rescan = false;
2048
2049         /*
2050          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2051          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2052          */
2053         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2054                                                                 ac->nodemask) {
2055                 unsigned long mark;
2056
2057                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2058                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2059                                 continue;
2060                 if (cpusets_enabled() &&
2061                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2062                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2063                                 continue;
2064                 /*
2065                  * Distribute pages in proportion to the individual
2066                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2067                  * page was allocated in should have no effect on the
2068                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2069                  */
2070                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2071                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2072                                 break;
2073                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2074                                 nr_fair_skipped++;
2075                                 continue;
2076                         }
2077                 }
2078                 /*
2079                  * When allocating a page cache page for writing, we
2080                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2081                  * limit, such that no single zone holds more than its
2082                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2083                  * The dirty limits take into account the zone's
2084                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2085                  * should be able to balance it without having to
2086                  * write pages from its LRU list.
2087                  *
2088                  * This may look like it could increase pressure on
2089                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2090                  * before they are full.  But the pages that do spill
2091                  * over are limited as the lower zones are protected
2092                  * by this very same mechanism.  It should not become
2093                  * a practical burden to them.
2094                  *
2095                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2096                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2097                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2098                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2099                  * zones are together not big enough to reach the
2100                  * global limit.  The proper fix for these situations
2101                  * will require awareness of zones in the
2102                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2103                  */
2104                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2105                         continue;
2106
2107                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2108                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2109                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2110                         int ret;
2111
2112                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2113                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2114                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2115                                 goto try_this_zone;
2116
2117                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2118                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2119                                 /*
2120                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2121                                  * and before considering the first zone allowed
2122                                  * by the cpuset.
2123                                  */
2124                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2125                                 zlc_active = 1;
2126                                 did_zlc_setup = 1;
2127                         }
2128
2129                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2130                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2131                                 goto this_zone_full;
2132
2133                         /*
2134                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2135                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2136                          */
2137                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2138                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2139                                 continue;
2140
2141                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2142                         switch (ret) {
2143                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2144                                 /* did not scan */
2145                                 continue;
2146                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2147                                 /* scanned but unreclaimable */
2148                                 continue;
2149                         default:
2150                                 /* did we reclaim enough */
2151                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2152                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2153                                         goto try_this_zone;
2154
2155                                 /*
2156                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2157                                  * Only mark the zone full if checking the min
2158                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2159                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2160                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2161                                  * when the watermark is between the low and
2162                                  * min watermarks.
2163                                  */
2164                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2165                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2166                                         goto this_zone_full;
2167
2168                                 continue;
2169                         }
2170                 }
2171
2172 try_this_zone:
2173                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2174                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2175                 if (page) {
2176                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2177                                 goto try_this_zone;
2178                         return page;
2179                 }
2180 this_zone_full:
2181                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2182                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2183         }
2184
2185         /*
2186          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2187          * local node.  However, the local node might have free pages left
2188          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2189          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2190          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2191          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2192          */
2193         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2194                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2195                 if (nr_fair_skipped) {
2196                         zonelist_rescan = true;
2197                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2198                 }
2199                 if (nr_online_nodes > 1)
2200                         zonelist_rescan = true;
2201         }
2202
2203         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2204                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2205                 zlc_active = 0;
2206                 zonelist_rescan = true;
2207         }
2208
2209         if (zonelist_rescan)
2210                 goto zonelist_scan;
2211
2212         return NULL;
2213 }
2214
2215 /*
2216  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2217  * meminfo in irq context.
2218  */
2219 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2220 {
2221         bool ret = false;
2222
2223 #if NODES_SHIFT > 8
2224         ret = in_interrupt();
2225 #endif
2226         return ret;
2227 }
2228
2229 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2230                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2231                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2232
2233 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2234 {
2235         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2236
2237         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2238             debug_guardpage_minorder() > 0)
2239                 return;
2240
2241         /*
2242          * This documents exceptions given to allocations in certain
2243          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2244          * of allowed nodes.
2245          */
2246         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2247                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2248                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2249                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2250         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2251                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2252
2253         if (fmt) {
2254                 struct va_format vaf;
2255                 va_list args;
2256
2257                 va_start(args, fmt);
2258
2259                 vaf.fmt = fmt;
2260                 vaf.va = &args;
2261
2262                 pr_warn("%pV", &vaf);
2263
2264                 va_end(args);
2265         }
2266
2267         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2268                 current->comm, order, gfp_mask);
2269
2270         dump_stack();
2271         if (!should_suppress_show_mem())
2272                 show_mem(filter);
2273 }
2274
2275 static inline int
2276 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2277                                 unsigned long did_some_progress,
2278                                 unsigned long pages_reclaimed)
2279 {
2280         /* Do not loop if specifically requested */
2281         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2282                 return 0;
2283
2284         /* Always retry if specifically requested */
2285         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2286                 return 1;
2287
2288         /*
2289          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2290          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2291          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2292          */
2293         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2294                 return 0;
2295
2296         /*
2297          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2298          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2299          * implementations.
2300          */
2301         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2302                 return 1;
2303
2304         /*
2305          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2306          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2307          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2308          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2309          * allocation still fails, we stop retrying.
2310          */
2311         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2312                 return 1;
2313
2314         return 0;
2315 }
2316
2317 static inline struct page *
2318 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2319         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2320 {
2321         struct page *page;
2322
2323         *did_some_progress = 0;
2324
2325         /*
2326          * Acquire the per-zone oom lock for each zone.  If that
2327          * fails, somebody else is making progress for us.
2328          */
2329         if (!oom_zonelist_trylock(ac->zonelist, gfp_mask)) {
2330                 *did_some_progress = 1;
2331                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2332                 return NULL;
2333         }
2334
2335         /*
2336          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2337          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2338          * we're still under heavy pressure.
2339          */
2340         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2341                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2342         if (page)
2343                 goto out;
2344
2345         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2346                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2347                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2348                         goto out;
2349                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2350                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2351                         goto out;
2352                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2353                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2354                         goto out;
2355                 /* The OOM killer does not compensate for light reclaim */
2356                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2357                         /*
2358                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2359                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2360                          * keep looping as per should_alloc_retry().
2361                          */
2362                         *did_some_progress = 1;
2363                         goto out;
2364                 }
2365                 /*
2366                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2367                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2368                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2369                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2370                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2371                  */
2372                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2373                         goto out;
2374         }
2375         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2376         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false))
2377                 *did_some_progress = 1;
2378 out:
2379         oom_zonelist_unlock(ac->zonelist, gfp_mask);
2380         return page;
2381 }
2382
2383 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2384 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2385 static struct page *
2386 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2387                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2388                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2389                 bool *deferred_compaction)
2390 {
2391         unsigned long compact_result;
2392         struct page *page;
2393
2394         if (!order)
2395                 return NULL;
2396
2397         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2398         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2399                                                 mode, contended_compaction);
2400         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2401
2402         switch (compact_result) {
2403         case COMPACT_DEFERRED:
2404                 *deferred_compaction = true;
2405                 /* fall-through */
2406         case COMPACT_SKIPPED:
2407                 return NULL;
2408         default:
2409                 break;
2410         }
2411
2412         /*
2413          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2414          * count a compaction stall
2415          */
2416         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2417
2418         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2419                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2420
2421         if (page) {
2422                 struct zone *zone = page_zone(page);
2423
2424                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2425                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2426                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2427                 return page;
2428         }
2429
2430         /*
2431          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2432          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2433          */
2434         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2435
2436         cond_resched();
2437
2438         return NULL;
2439 }
2440 #else
2441 static inline struct page *
2442 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2443                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2444                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2445                 bool *deferred_compaction)
2446 {
2447         return NULL;
2448 }
2449 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2450
2451 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2452 static int
2453 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2454                                         const struct alloc_context *ac)
2455 {
2456         struct reclaim_state reclaim_state;
2457         int progress;
2458
2459         cond_resched();
2460
2461         /* We now go into synchronous reclaim */
2462         cpuset_memory_pressure_bump();
2463         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2464         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2465         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2466         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2467
2468         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2469                                                                 ac->nodemask);
2470
2471         current->reclaim_state = NULL;
2472         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2473         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2474
2475         cond_resched();
2476
2477         return progress;
2478 }
2479
2480 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2481 static inline struct page *
2482 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2483                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2484                 unsigned long *did_some_progress)
2485 {
2486         struct page *page = NULL;
2487         bool drained = false;
2488
2489         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2490         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2491                 return NULL;
2492
2493         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2494         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2495                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2496
2497 retry:
2498         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2499                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2500
2501         /*
2502          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2503          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2504          */
2505         if (!page && !drained) {
2506                 drain_all_pages(NULL);
2507                 drained = true;
2508                 goto retry;
2509         }
2510
2511         return page;
2512 }
2513
2514 /*
2515  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2516  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2517  */
2518 static inline struct page *
2519 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2520                                 const struct alloc_context *ac)
2521 {
2522         struct page *page;
2523
2524         do {
2525                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2526                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2527
2528                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2529                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2530                                                                         HZ/50);
2531         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2532
2533         return page;
2534 }
2535
2536 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2537 {
2538         struct zoneref *z;
2539         struct zone *zone;
2540
2541         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2542                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2543                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2544 }
2545
2546 static inline int
2547 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2548 {
2549         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2550         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2551
2552         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2553         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2554
2555         /*
2556          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2557          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2558          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2559          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2560          */
2561         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2562
2563         if (atomic) {
2564                 /*
2565                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2566                  * if it can't schedule.
2567                  */
2568                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2569                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2570                 /*
2571                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2572                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2573                  */
2574                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2575         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2576                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2577
2578         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2579                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2580                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2581                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2582                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2583                 else if (!in_interrupt() &&
2584                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2585                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2586                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2587         }
2588 #ifdef CONFIG_CMA
2589         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2590                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2591 #endif
2592         return alloc_flags;
2593 }
2594
2595 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2596 {
2597         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2598 }
2599
2600 static inline struct page *
2601 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2602                                                 struct alloc_context *ac)
2603 {
2604         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2605         struct page *page = NULL;
2606         int alloc_flags;
2607         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2608         unsigned long did_some_progress;
2609         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2610         bool deferred_compaction = false;
2611         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2612
2613         /*
2614          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2615          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2616          * be using allocators in order of preference for an area that is
2617          * too large.
2618          */
2619         if (order >= MAX_ORDER) {
2620                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2621                 return NULL;
2622         }
2623
2624         /*
2625          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2626          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2627          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2628          * using a larger set of nodes after it has established that the
2629          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2630          * over allocated.
2631          */
2632         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2633             (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2634                 goto nopage;
2635
2636 retry:
2637         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2638                 wake_all_kswapds(order, ac);
2639
2640         /*
2641          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2642          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2643          * to how we want to proceed.
2644          */
2645         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2646
2647         /*
2648          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2649          * cpusets.
2650          */
2651         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2652                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2653                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
2654                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
2655                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2656         }
2657
2658         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2659         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2660                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2661         if (page)
2662                 goto got_pg;
2663
2664         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2665         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2666                 /*
2667                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2668                  * the allocation is high priority and these type of
2669                  * allocations are system rather than user orientated
2670                  */
2671                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2672
2673                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
2674
2675                 if (page) {
2676                         goto got_pg;
2677                 }
2678         }
2679
2680         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2681         if (!wait) {
2682                 /*
2683                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2684                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2685                  * type of allocation to fail.
2686                  */
2687                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2688                 goto nopage;
2689         }
2690
2691         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2692         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2693                 goto nopage;
2694
2695         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2696         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2697                 goto nopage;
2698
2699         /*
2700          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2701          * attempts after direct reclaim are synchronous
2702          */
2703         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2704                                         migration_mode,
2705                                         &contended_compaction,
2706                                         &deferred_compaction);
2707         if (page)
2708                 goto got_pg;
2709
2710         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2711         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2712                 /*
2713                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2714                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2715                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2716                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2717                  * instead of entering direct reclaim.
2718                  */
2719                 if (deferred_compaction)
2720                         goto nopage;
2721
2722                 /*
2723                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2724                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2725                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2726                  * so we fallback to base pages instead.
2727                  */
2728                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2729                         goto nopage;
2730
2731                 /*
2732                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2733                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2734                  * khugepaged trying to collapse.
2735                  */
2736                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2737                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2738                         goto nopage;
2739         }
2740
2741         /*
2742          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2743          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2744          * khugepaged trying to collapse.
2745          */
2746         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2747                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2748                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2749
2750         /* Try direct reclaim and then allocating */
2751         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2752                                                         &did_some_progress);
2753         if (page)
2754                 goto got_pg;
2755
2756         /* Check if we should retry the allocation */
2757         pages_reclaimed += did_some_progress;
2758         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2759                                                 pages_reclaimed)) {
2760                 /*
2761                  * If we fail to make progress by freeing individual
2762                  * pages, but the allocation wants us to keep going,
2763                  * start OOM killing tasks.
2764                  */
2765                 if (!did_some_progress) {
2766                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac,
2767                                                         &did_some_progress);
2768                         if (page)
2769                                 goto got_pg;
2770                         if (!did_some_progress)
2771                                 goto nopage;
2772                 }
2773                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2774                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2775                 goto retry;
2776         } else {
2777                 /*
2778                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2779                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2780                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2781                  */
2782                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2783                                         alloc_flags, ac, migration_mode,
2784                                         &contended_compaction,
2785                                         &deferred_compaction);
2786                 if (page)
2787                         goto got_pg;
2788         }
2789
2790 nopage:
2791         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2792 got_pg:
2793         return page;
2794 }
2795
2796 /*
2797  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2798  */
2799 struct page *
2800 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2801                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2802 {
2803         struct zoneref *preferred_zoneref;
2804         struct page *page = NULL;
2805         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2806         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2807         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
2808         struct alloc_context ac = {
2809                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
2810                 .nodemask = nodemask,
2811                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
2812         };
2813
2814         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2815
2816         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2817
2818         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2819
2820         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2821                 return NULL;
2822
2823         /*
2824          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2825          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2826          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2827          */
2828         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2829                 return NULL;
2830
2831         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2832                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2833
2834 retry_cpuset:
2835         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2836
2837         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
2838         ac.zonelist = zonelist;
2839         /* The preferred zone is used for statistics later */
2840         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
2841                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2842                                 &ac.preferred_zone);
2843         if (!ac.preferred_zone)
2844                 goto out;
2845         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2846
2847         /* First allocation attempt */
2848         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
2849         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
2850         if (unlikely(!page)) {
2851                 /*
2852                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2853                  * can deadlock because I/O on the device might not
2854                  * complete.
2855                  */
2856                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2857
2858                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
2859         }
2860
2861         if (kmemcheck_enabled && page)
2862                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2863
2864         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
2865
2866 out:
2867         /*
2868          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2869          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2870          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2871          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2872          */
2873         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2874                 goto retry_cpuset;
2875
2876         return page;
2877 }
2878 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2879
2880 /*
2881  * Common helper functions.
2882  */
2883 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2884 {
2885         struct page *page;
2886
2887         /*
2888          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2889          * a highmem page
2890          */
2891         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2892
2893         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2894         if (!page)
2895                 return 0;
2896         return (unsigned long) page_address(page);
2897 }
2898 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2899
2900 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2901 {
2902         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2903 }
2904 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2905
2906 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2907 {
2908         if (put_page_testzero(page)) {
2909                 if (order == 0)
2910                         free_hot_cold_page(page, false);
2911                 else
2912                         __free_pages_ok(page, order);
2913         }
2914 }
2915
2916 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2917
2918 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2919 {
2920         if (addr != 0) {
2921                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2922                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2923         }
2924 }
2925
2926 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2927
2928 /*
2929  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
2930  * of the current memory cgroup.
2931  *
2932  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
2933  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
2934  */
2935 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2936 {
2937         struct page *page;
2938         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2939
2940         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2941                 return NULL;
2942         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2943         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2944         return page;
2945 }
2946
2947 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2948 {
2949         struct page *page;
2950         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2951
2952         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2953                 return NULL;
2954         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2955         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2956         return page;
2957 }
2958
2959 /*
2960  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
2961  * alloc_kmem_pages.
2962  */
2963 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2964 {
2965         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2966         __free_pages(page, order);
2967 }
2968
2969 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2970 {
2971         if (addr != 0) {
2972                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2973                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2974         }
2975 }
2976
2977 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2978 {
2979         if (addr) {
2980                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2981                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2982
2983                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2984                 while (used < alloc_end) {
2985                         free_page(used);
2986                         used += PAGE_SIZE;
2987                 }
2988         }
2989         return (void *)addr;
2990 }
2991
2992 /**
2993  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2994  * @size: the number of bytes to allocate
2995  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2996  *
2997  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2998  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2999  * allocate memory in power-of-two pages.
3000  *
3001  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3002  *
3003  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3004  */
3005 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3006 {
3007         unsigned int order = get_order(size);
3008         unsigned long addr;
3009
3010         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3011         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3012 }
3013 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3014
3015 /**
3016  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3017  *                         pages on a node.
3018  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3019  * @size: the number of bytes to allocate
3020  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3021  *
3022  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3023  * back.
3024  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3025  * but is not exact.
3026  */
3027 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3028 {
3029         unsigned order = get_order(size);
3030         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3031         if (!p)
3032                 return NULL;
3033         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3034 }
3035
3036 /**
3037  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3038  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3039  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3040  *
3041  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3042  */
3043 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3044 {
3045         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3046         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3047
3048         while (addr < end) {
3049                 free_page(addr);
3050                 addr += PAGE_SIZE;
3051         }
3052 }
3053 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3054
3055 /**
3056  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3057  * @offset: The zone index of the highest zone
3058  *
3059  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3060  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3061  * zone, the number of pages is calculated as:
3062  *     managed_pages - high_pages
3063  */
3064 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3065 {
3066         struct zoneref *z;
3067         struct zone *zone;
3068
3069         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3070         unsigned long sum = 0;
3071
3072         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3073
3074         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3075                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3076                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3077                 if (size > high)
3078                         sum += size - high;
3079         }
3080
3081         return sum;
3082 }
3083
3084 /**
3085  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3086  *
3087  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3088  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3089  */
3090 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3091 {
3092         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3093 }
3094 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3095
3096 /**
3097  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3098  *
3099  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3100  * high watermark within all zones.
3101  */
3102 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3103 {
3104         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3105 }
3106
3107 static inline void show_node(struct zone *zone)
3108 {
3109         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3110                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3111 }
3112
3113 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3114 {
3115         val->totalram = totalram_pages;
3116         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3117         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3118         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3119         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3120         val->freehigh = nr_free_highpages();
3121         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3122 }
3123
3124 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3125
3126 #ifdef CONFIG_NUMA
3127 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3128 {
3129         int zone_type;          /* needs to be signed */
3130         unsigned long managed_pages = 0;
3131         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3132
3133         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3134                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3135         val->totalram = managed_pages;
3136         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3137         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3138 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3139         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3140         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3141                         NR_FREE_PAGES);
3142 #else
3143         val->totalhigh = 0;
3144         val->freehigh = 0;
3145 #endif
3146         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3147 }
3148 #endif
3149
3150 /*
3151  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3152  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3153  */
3154 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3155 {
3156         bool ret = false;
3157         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3158
3159         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3160                 goto out;
3161
3162         do {
3163                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3164                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3165         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3166 out:
3167         return ret;
3168 }
3169
3170 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3171
3172 static void show_migration_types(unsigned char type)
3173 {
3174         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3175                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3176                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3177                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3178                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3179 #ifdef CONFIG_CMA
3180                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3181 #endif
3182 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3183                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3184 #endif
3185         };
3186         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3187         char *p = tmp;
3188         int i;
3189
3190         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3191                 if (type & (1 << i))
3192                         *p++ = types[i];
3193         }
3194
3195         *p = '\0';
3196         printk("(%s) ", tmp);
3197 }
3198
3199 /*
3200  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3201  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3202  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3203  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3204  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3205  */
3206 void show_free_areas(unsigned int filter)
3207 {
3208         int cpu;
3209         struct zone *zone;
3210
3211         for_each_populated_zone(zone) {
3212                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3213                         continue;
3214                 show_node(zone);
3215                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3216
3217                 for_each_online_cpu(cpu) {
3218                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3219
3220                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3221
3222                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3223                                cpu, pageset->pcp.high,
3224                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3225                 }
3226         }
3227
3228         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3229                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3230                 " unevictable:%lu"
3231                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3232                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3233                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3234                 " free_cma:%lu\n",
3235                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3236                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3237                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3238                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3239                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3240                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3241                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3242                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3243                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3244                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3245                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3246                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3247                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3248                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3249                 global_page_state(NR_SHMEM),
3250                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3251                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3252                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3253
3254         for_each_populated_zone(zone) {
3255                 int i;
3256
3257                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3258                         continue;
3259                 show_node(zone);
3260                 printk("%s"
3261                         " free:%lukB"
3262                         " min:%lukB"
3263                         " low:%lukB"
3264                         " high:%lukB"
3265                         " active_anon:%lukB"
3266                         " inactive_anon:%lukB"
3267                         " active_file:%lukB"
3268                         " inactive_file:%lukB"
3269                         " unevictable:%lukB"
3270                         " isolated(anon):%lukB"
3271                         " isolated(file):%lukB"
3272                         " present:%lukB"
3273                         " managed:%lukB"
3274                         " mlocked:%lukB"
3275                         " dirty:%lukB"
3276                         " writeback:%lukB"
3277                         " mapped:%lukB"
3278                         " shmem:%lukB"
3279                         " slab_reclaimable:%lukB"
3280                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3281                         " kernel_stack:%lukB"
3282                         " pagetables:%lukB"
3283                         " unstable:%lukB"
3284                         " bounce:%lukB"
3285                         " free_cma:%lukB"
3286                         " writeback_tmp:%lukB"
3287                         " pages_scanned:%lu"
3288                         " all_unreclaimable? %s"
3289                         "\n",
3290                         zone->name,
3291                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3292                         K(min_wmark_pages(zone)),
3293                         K(low_wmark_pages(zone)),
3294                         K(high_wmark_pages(zone)),
3295                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3296                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3297                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3298                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3299                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3300                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3301                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3302                         K(zone->present_pages),
3303                         K(zone->managed_pages),
3304                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3305                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3306                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3307                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3308                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3309                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3310                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3311                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3312                                 THREAD_SIZE / 1024,
3313                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3314                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3315                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3316                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3317                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3318                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3319                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3320                         );
3321                 printk("lowmem_reserve[]:");
3322                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3323                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3324                 printk("\n");
3325         }
3326
3327         for_each_populated_zone(zone) {
3328                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3329                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3330
3331                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3332                         continue;
3333                 show_node(zone);
3334                 printk("%s: ", zone->name);
3335
3336                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3337                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3338                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3339                         int type;
3340
3341                         nr[order] = area->nr_free;
3342                         total += nr[order] << order;
3343
3344                         types[order] = 0;
3345                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3346                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3347                                         types[order] |= 1 << type;
3348                         }
3349                 }
3350                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3351                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3352                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3353                         if (nr[order])
3354                                 show_migration_types(types[order]);
3355                 }
3356                 printk("= %lukB\n", K(total));
3357         }
3358
3359         hugetlb_show_meminfo();
3360
3361         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3362
3363         show_swap_cache_info();
3364 }
3365
3366 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3367 {
3368         zoneref->zone = zone;
3369         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3370 }
3371
3372 /*
3373  * Builds allocation fallback zone lists.
3374  *
3375  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3376  */
3377 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3378                                 int nr_zones)
3379 {
3380         struct zone *zone;
3381         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3382
3383         do {
3384                 zone_type--;
3385                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3386                 if (populated_zone(zone)) {
3387                         zoneref_set_zone(zone,
3388                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3389                         check_highest_zone(zone_type);
3390                 }
3391         } while (zone_type);
3392
3393         return nr_zones;
3394 }
3395
3396
3397 /*
3398  *  zonelist_order:
3399  *  0 = automatic detection of better ordering.
3400  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3401  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3402  *
3403  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3404  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3405  */
3406 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3407 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3408 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3409
3410 /* zonelist order in the kernel.
3411  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3412  */
3413 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3414 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3415
3416
3417 #ifdef CONFIG_NUMA
3418 /* The value user specified ....changed by config */
3419 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3420 /* string for sysctl */
3421 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3422 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3423
3424 /*
3425  * interface for configure zonelist ordering.
3426  * command line option "numa_zonelist_order"
3427  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3428  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3429  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3430  */
3431
3432 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3433 {
3434         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3435                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3436         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3437                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3438         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3439                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3440         } else {
3441                 printk(KERN_WARNING
3442                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3443                         "%s\n", s);
3444                 return -EINVAL;
3445         }
3446         return 0;
3447 }
3448
3449 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3450 {
3451         int ret;
3452
3453         if (!s)
3454                 return 0;
3455
3456         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3457         if (ret == 0)
3458                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3459
3460         return ret;
3461 }
3462 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3463
3464 /*
3465  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3466  */
3467 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3468                 void __user *buffer, size_t *length,
3469                 loff_t *ppos)
3470 {
3471         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3472         int ret;
3473         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3474
3475         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3476         if (write) {
3477                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3478                         ret = -EINVAL;
3479                         goto out;
3480                 }
3481                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3482         }
3483         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3484         if (ret)
3485                 goto out;
3486         if (write) {
3487                 int oldval = user_zonelist_order;
3488
3489                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3490                 if (ret) {
3491                         /*
3492                          * bogus value.  restore saved string
3493                          */
3494                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3495                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3496                         user_zonelist_order = oldval;
3497                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3498                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3499                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3500                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3501                 }
3502         }
3503 out:
3504         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3505         return ret;
3506 }
3507
3508
3509 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3510 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3511
3512 /**
3513  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3514  * @node: node whose fallback list we're appending
3515  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3516  *
3517  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3518  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3519  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3520  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3521  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3522  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3523  * on them otherwise.
3524  * It returns -1 if no node is found.
3525  */
3526 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3527 {
3528         int n, val;
3529         int min_val = INT_MAX;
3530         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3531         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3532
3533         /* Use the local node if we haven't already */
3534         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3535                 node_set(node, *used_node_mask);
3536                 return node;
3537         }
3538
3539         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3540
3541                 /* Don't want a node to appear more than once */
3542                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3543                         continue;
3544
3545                 /* Use the distance array to find the distance */
3546                 val = node_distance(node, n);
3547
3548                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3549                 val += (n < node);
3550
3551                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3552                 tmp = cpumask_of_node(n);
3553                 if (!cpumask_empty(tmp))
3554                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3555
3556                 /* Slight preference for less loaded node */
3557                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3558                 val += node_load[n];
3559
3560                 if (val < min_val) {
3561                         min_val = val;
3562                         best_node = n;
3563                 }
3564         }
3565
3566         if (best_node >= 0)
3567                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3568
3569         return best_node;
3570 }
3571
3572
3573 /*
3574  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3575  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3576  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3577  */
3578 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3579 {
3580         int j;
3581         struct zonelist *zonelist;
3582
3583         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3584         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3585                 ;
3586         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3587         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3588         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3589 }
3590
3591 /*
3592  * Build gfp_thisnode zonelists
3593  */
3594 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3595 {
3596         int j;
3597         struct zonelist *zonelist;
3598
3599         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3600         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3601         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3602         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3603 }
3604
3605 /*
3606  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3607  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3608  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3609  * may still exist in local DMA zone.
3610  */
3611 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3612
3613 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3614 {
3615         int pos, j, node;
3616         int zone_type;          /* needs to be signed */
3617         struct zone *z;
3618         struct zonelist *zonelist;
3619
3620         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3621         pos = 0;
3622         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3623                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3624                         node = node_order[j];
3625                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3626                         if (populated_zone(z)) {
3627                                 zoneref_set_zone(z,
3628                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3629                                 check_highest_zone(zone_type);
3630                         }
3631                 }
3632         }
3633         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3634         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3635 }
3636
3637 #if defined(CONFIG_64BIT)
3638 /*
3639  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3640  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3641  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3642  */
3643 static int default_zonelist_order(void)
3644 {
3645         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3646 }
3647 #else
3648 /*
3649  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3650  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3651  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3652  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3653  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3654  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3655  */
3656 static int default_zonelist_order(void)
3657 {
3658         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3659 }
3660 #endif /* CONFIG_64BIT */
3661
3662 static void set_zonelist_order(void)
3663 {
3664         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3665                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3666         else
3667                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3668 }
3669
3670 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3671 {
3672         int j, node, load;
3673         enum zone_type i;
3674         nodemask_t used_mask;
3675         int local_node, prev_node;
3676         struct zonelist *zonelist;
3677         int order = current_zonelist_order;
3678
3679         /* initialize zonelists */
3680         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3681                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3682                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3683                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3684         }
3685
3686         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3687         local_node = pgdat->node_id;
3688         load = nr_online_nodes;
3689         prev_node = local_node;
3690         nodes_clear(used_mask);
3691
3692         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3693         j = 0;
3694
3695         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3696                 /*
3697                  * We don't want to pressure a particular node.
3698                  * So adding penalty to the first node in same
3699                  * distance group to make it round-robin.
3700                  */
3701                 if (node_distance(local_node, node) !=
3702                     node_distance(local_node, prev_node))
3703                         node_load[node] = load;
3704
3705                 prev_node = node;
3706                 load--;
3707                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3708                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3709                 else
3710                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3711         }
3712
3713         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3714                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3715                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3716         }
3717
3718         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3719 }
3720
3721 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3722 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3723 {
3724         struct zonelist *zonelist;
3725         struct zonelist_cache *zlc;
3726         struct zoneref *z;
3727
3728         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3729         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3730         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3731         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3732                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3733 }
3734
3735 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3736 /*
3737  * Return node id of node used for "local" allocations.
3738  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3739  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3740  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3741  */
3742 int local_memory_node(int node)
3743 {
3744         struct zone *zone;
3745
3746         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3747                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3748                                    NULL,
3749                                    &zone);
3750         return zone->node;
3751 }
3752 #endif
3753
3754 #else   /* CONFIG_NUMA */
3755
3756 static void set_zonelist_order(void)
3757 {
3758         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3759 }
3760
3761 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3762 {
3763         int node, local_node;
3764         enum zone_type j;
3765         struct zonelist *zonelist;
3766
3767         local_node = pgdat->node_id;
3768
3769         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3770         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3771
3772         /*
3773          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3774          * of all the other nodes.
3775          * We don't want to pressure a particular node, so when
3776          * building the zones for node N, we make sure that the
3777          * zones coming right after the local ones are those from
3778          * node N+1 (modulo N)
3779          */
3780         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3781                 if (!node_online(node))
3782                         continue;
3783                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3784         }
3785         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3786                 if (!node_online(node))
3787                         continue;
3788                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3789         }
3790
3791         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3792         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3793 }
3794
3795 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3796 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3797 {
3798         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3799 }
3800
3801 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3802
3803 /*
3804  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3805  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3806  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3807  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3808  * with interrupts disabled.
3809  *
3810  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3811  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3812  * hotplugged processors.
3813  *
3814  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3815  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3816  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3817  */
3818 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3819 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3820 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3821
3822 /*
3823  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3824  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3825  */
3826 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3827
3828 /* return values int ....just for stop_machine() */
3829 static int __build_all_zonelists(void *data)
3830 {
3831         int nid;
3832         int cpu;
3833         pg_data_t *self = data;
3834
3835 #ifdef CONFIG_NUMA
3836         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3837 #endif
3838
3839         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3840                 build_zonelists(self);
3841                 build_zonelist_cache(self);
3842         }
3843
3844         for_each_online_node(nid) {
3845                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3846
3847                 build_zonelists(pgdat);
3848                 build_zonelist_cache(pgdat);
3849         }
3850
3851         /*
3852          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3853          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3854          * each zone will be allocated later when the per cpu
3855          * allocator is available.
3856          *
3857          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3858          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3859          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3860          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3861          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3862          * (a chicken-egg dilemma).
3863          */
3864         for_each_possible_cpu(cpu) {
3865                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3866
3867 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3868                 /*
3869                  * We now know the "local memory node" for each node--
3870                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3871                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3872                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3873                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3874                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3875                  */
3876                 if (cpu_online(cpu))
3877                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3878 #endif
3879         }
3880
3881         return 0;
3882 }
3883
3884 static noinline void __init
3885 build_all_zonelists_init(void)
3886 {
3887         __build_all_zonelists(NULL);
3888         mminit_verify_zonelist();
3889         cpuset_init_current_mems_allowed();
3890 }
3891
3892 /*
3893  * Called with zonelists_mutex held always
3894  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3895  *
3896  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
3897  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
3898  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
3899  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
3900  */
3901 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3902 {
3903         set_zonelist_order();
3904
3905         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3906                 build_all_zonelists_init();
3907         } else {
3908 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3909                 if (zone)
3910                         setup_zone_pageset(zone);
3911 #endif
3912                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3913                    of zonelist */
3914                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3915                 /* cpuset refresh routine should be here */
3916         }
3917         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3918         /*
3919          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3920          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3921          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3922          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3923          * disabled and enable it later
3924          */
3925         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3926                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3927         else
3928                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3929
3930         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3931                 "Total pages: %ld\n",
3932                         nr_online_nodes,
3933                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3934                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3935                         vm_total_pages);
3936 #ifdef CONFIG_NUMA
3937         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3938 #endif
3939 }
3940
3941 /*
3942  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3943  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3944  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3945  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3946  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3947  * conservative, even though it seems large.
3948  *
3949  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3950  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3951  */
3952 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3953
3954 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3955 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3956 {
3957         unsigned long size = 1;
3958
3959         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3960
3961         while (size < pages)
3962                 size <<= 1;
3963
3964         /*
3965          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3966          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3967          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3968          */
3969         size = min(size, 4096UL);
3970
3971         return max(size, 4UL);
3972 }
3973 #else
3974 /*
3975  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3976  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3977  *
3978  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3979  *
3980  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3981  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3982  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3983  *
3984  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3985  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3986  *
3987  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3988  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3989  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3990  */
3991 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3992 {
3993         return 4096UL;
3994 }
3995 #endif
3996
3997 /*
3998  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3999  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4000  * hash function before the remainder is taken.
4001  */
4002 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4003 {
4004         return ffz(~size);
4005 }
4006
4007 /*
4008  * Check if a pageblock contains reserved pages
4009  */
4010 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4011 {
4012         unsigned long pfn;
4013
4014         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4015                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4016                         return 1;
4017         }
4018         return 0;
4019 }
4020
4021 /*
4022  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4023  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4024  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4025  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4026  * blocks as reclaim kicks in
4027  */
4028 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4029 {
4030         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4031         struct page *page;
4032         unsigned long block_migratetype;
4033         int reserve;
4034         int old_reserve;
4035
4036         /*
4037          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4038          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4039          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4040          * the block.
4041          */
4042         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4043         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4044         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4045         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4046                                                         pageblock_order;
4047
4048         /*
4049          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4050          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4051          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4052          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4053          * future allocation of hugepages at runtime.
4054          */
4055         reserve = min(2, reserve);
4056         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4057
4058         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4059         if (reserve == old_reserve)
4060                 return;
4061         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4062
4063         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4064                 if (!pfn_valid(pfn))
4065                         continue;
4066                 page = pfn_to_page(pfn);
4067
4068                 /* Watch out for overlapping nodes */
4069                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4070                         continue;
4071
4072                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4073
4074                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4075                 if (reserve > 0) {
4076                         /*
4077                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4078                          * them.
4079                          */
4080                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4081                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4082                                 continue;
4083
4084                         /* If this block is reserved, account for it */
4085                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4086                                 reserve--;
4087                                 continue;
4088                         }
4089
4090                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4091                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4092                                 set_pageblock_migratetype(page,
4093                                                         MIGRATE_RESERVE);
4094                                 move_freepages_block(zone, page,
4095                                                         MIGRATE_RESERVE);
4096                                 reserve--;
4097                                 continue;
4098                         }
4099                 } else if (!old_reserve) {
4100                         /*
4101                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4102                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4103                          */
4104                         break;
4105                 }
4106
4107                 /*
4108                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4109                  * take it back
4110                  */
4111                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4112                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4113                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4114                 }
4115         }
4116 }
4117
4118 /*
4119  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4120  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4121  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4122  */
4123 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4124                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4125 {
4126         struct page *page;
4127         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4128         unsigned long pfn;
4129         struct zone *z;
4130
4131         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4132                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4133
4134         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4135         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4136                 /*
4137                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4138                  * handed to this function.  They do not
4139                  * exist on hotplugged memory.
4140                  */
4141                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4142                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4143                                 continue;
4144                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4145                                 continue;
4146                 }
4147                 page = pfn_to_page(pfn);
4148                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4149                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4150                 init_page_count(page);
4151                 page_mapcount_reset(page);
4152                 page_cpupid_reset_last(page);
4153                 SetPageReserved(page);
4154                 /*
4155                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4156                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4157                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4158                  * the address space during boot when many long-lived
4159                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4160                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4161                  * setup_zone_migrate_reserve()
4162                  *
4163                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4164                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4165                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4166                  * pfn out of zone.
4167                  */
4168                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4169                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4170                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4171                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4172
4173                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4174 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4175                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4176                 if (!is_highmem_idx(zone))
4177                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4178 #endif
4179         }
4180 }
4181
4182 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4183 {
4184         unsigned int order, t;
4185         for_each_migratetype_order(order, t) {
4186                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4187                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4188         }
4189 }
4190
4191 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4192 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4193         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4194 #endif
4195
4196 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4197 {
4198 #ifdef CONFIG_MMU
4199         int batch;
4200
4201         /*
4202          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4203          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4204          *
4205          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4206          */
4207         batch = zone->managed_pages / 1024;
4208         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4209                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4210         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4211         if (batch < 1)
4212                 batch = 1;
4213
4214         /*
4215          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4216          * of 2 value was found to be more likely to have
4217          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4218          *
4219          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4220          * batches of pages, one task can end up with a lot
4221          * of pages of one half of the possible page colors
4222          * and the other with pages of the other colors.
4223          */
4224         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4225
4226         return batch;
4227
4228 #else
4229         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4230          * conditions.
4231          *
4232          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4233          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4234          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4235          *
4236          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4237          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4238          * can be a significant delay between the individual batches being
4239          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4240          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4241          */
4242         return 0;
4243 #endif
4244 }
4245
4246 /*
4247  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4248  * ->batch must never be higher then ->high.
4249  * The following function updates them in a safe manner without read side
4250  * locking.
4251  *
4252  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4253  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4254  *
4255  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4256  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4257  * exist).
4258  */
4259 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4260                 unsigned long batch)
4261 {
4262        /* start with a fail safe value for batch */
4263         pcp->batch = 1;
4264         smp_wmb();
4265
4266        /* Update high, then batch, in order */
4267         pcp->high = high;
4268         smp_wmb();
4269
4270         pcp->batch = batch;
4271 }
4272
4273 /* a companion to pageset_set_high() */
4274 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4275 {
4276         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4277 }
4278
4279 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4280 {
4281         struct per_cpu_pages *pcp;
4282         int migratetype;
4283
4284         memset(p, 0, sizeof(*p));
4285
4286         pcp = &p->pcp;
4287         pcp->count = 0;
4288         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4289                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4290 }
4291
4292 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4293 {
4294         pageset_init(p);
4295         pageset_set_batch(p, batch);
4296 }
4297
4298 /*
4299  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4300  * to the value high for the pageset p.
4301  */
4302 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4303                                 unsigned long high)
4304 {
4305         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4306         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4307                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4308
4309         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4310 }
4311
4312 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4313                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4314 {
4315         if (percpu_pagelist_fraction)
4316                 pageset_set_high(pcp,
4317                         (zone->managed_pages /
4318                                 percpu_pagelist_fraction));
4319         else
4320                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4321 }
4322
4323 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4324 {
4325         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4326
4327         pageset_init(pcp);
4328         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4329 }
4330
4331 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4332 {
4333         int cpu;
4334         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4335         for_each_possible_cpu(cpu)
4336                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4337 }
4338
4339 /*
4340  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4341  * Before this call only boot pagesets were available.
4342  */
4343 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4344 {
4345         struct zone *zone;
4346
4347         for_each_populated_zone(zone)
4348                 setup_zone_pageset(zone);
4349 }
4350
4351 static noinline __init_refok
4352 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4353 {
4354         int i;
4355         size_t alloc_size;
4356
4357         /*
4358          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4359          * per zone.
4360          */
4361         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4362                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4363         zone->wait_table_bits =
4364                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4365         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4366                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4367
4368         if (!slab_is_available()) {
4369                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4370                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4371                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4372         } else {
4373                 /*
4374                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4375                  * via memory hot-add.
4376                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4377                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4378                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4379                  * node itself as well.
4380                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4381                  * necessary.
4382                  */
4383                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4384         }
4385         if (!zone->wait_table)
4386                 return -ENOMEM;
4387
4388         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4389                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4390
4391         return 0;
4392 }
4393
4394 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4395 {
4396         /*
4397          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4398          * relies on the ability of the linker to provide the
4399          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4400          */
4401         zone->pageset = &boot_pageset;
4402
4403         if (populated_zone(zone))
4404                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4405                         zone->name, zone->present_pages,
4406                                          zone_batchsize(zone));
4407 }
4408
4409 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4410                                         unsigned long zone_start_pfn,
4411                                         unsigned long size,
4412                                         enum memmap_context context)
4413 {
4414         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4415         int ret;
4416         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4417         if (ret)
4418                 return ret;
4419         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4420
4421         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4422
4423         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4424                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4425                         pgdat->node_id,
4426                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4427                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4428
4429         zone_init_free_lists(zone);
4430
4431         return 0;
4432 }
4433
4434 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4435 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4436 /*
4437  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4438  */
4439 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4440 {
4441         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4442         int nid;
4443         /*
4444          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4445          * when the kernel is running single-threaded.
4446          */
4447         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4448         static int __meminitdata last_nid;
4449
4450         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4451                 return last_nid;
4452
4453         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4454         if (nid != -1) {
4455                 last_start_pfn = start_pfn;
4456                 last_end_pfn = end_pfn;
4457                 last_nid = nid;
4458         }
4459
4460         return nid;
4461 }
4462 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4463
4464 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4465 {
4466         int nid;
4467
4468         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4469         if (nid >= 0)
4470                 return nid;
4471         /* just returns 0 */
4472         return 0;
4473 }
4474
4475 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4476 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4477 {
4478         int nid;
4479
4480         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4481         if (nid >= 0 && nid != node)
4482                 return false;
4483         return true;
4484 }
4485 #endif
4486
4487 /**
4488  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4489  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4490  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4491  *
4492  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4493  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4494  * memblock_free_early_nid() manually.
4495  */
4496 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4497 {
4498         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4499         int i, this_nid;
4500
4501         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4502                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4503                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4504
4505                 if (start_pfn < end_pfn)
4506                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4507                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4508                                         this_nid);
4509         }
4510 }
4511
4512 /**
4513  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4514  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4515  *
4516  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4517  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4518  */
4519 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4520 {
4521         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4522         int i, this_nid;
4523
4524         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4525                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4526 }
4527
4528 /**
4529  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4530  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4531  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4532  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4533  *
4534  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4535  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4536  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4537  * PFNs will be 0.
4538  */
4539 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4540                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4541 {
4542         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4543         int i;
4544
4545         *start_pfn = -1UL;
4546         *end_pfn = 0;
4547
4548         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4549                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4550                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4551         }
4552
4553         if (*start_pfn == -1UL)
4554                 *start_pfn = 0;
4555 }
4556
4557 /*
4558  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4559  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4560  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4561  */
4562 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4563 {
4564         int zone_index;
4565         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4566                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4567                         continue;
4568
4569                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4570                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4571                         break;
4572         }
4573
4574         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4575         movable_zone = zone_index;
4576 }
4577
4578 /*
4579  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4580  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4581  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4582  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4583  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4584  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4585  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4586  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4587  */
4588 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4589                                         unsigned long zone_type,
4590                                         unsigned long node_start_pfn,
4591                                         unsigned long node_end_pfn,
4592                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4593                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4594 {
4595         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4596         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4597                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4598                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4599                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4600                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4601                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4602
4603                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4604                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4605                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4606                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4607
4608                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4609                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4610                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4611         }
4612 }
4613
4614 /*
4615  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4616  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4617  */
4618 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4619                                         unsigned long zone_type,
4620                                         unsigned long node_start_pfn,
4621                                         unsigned long node_end_pfn,
4622                                         unsigned long *ignored)
4623 {
4624         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4625
4626         /* Get the start and end of the zone */
4627         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4628         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4629         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4630                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4631                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4632
4633         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4634         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4635                 return 0;
4636
4637         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4638         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4639         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4640
4641         /* Return the spanned pages */
4642         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4643 }
4644
4645 /*
4646  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4647  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4648  */
4649 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4650                                 unsigned long range_start_pfn,
4651                                 unsigned long range_end_pfn)
4652 {
4653         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4654         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4655         int i;
4656
4657         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4658                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4659                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4660                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4661         }
4662         return nr_absent;
4663 }
4664
4665 /**
4666  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4667  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4668  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4669  *
4670  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4671  */
4672 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4673                                                         unsigned long end_pfn)
4674 {
4675         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4676 }
4677
4678 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4679 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4680                                         unsigned long zone_type,
4681                                         unsigned long node_start_pfn,
4682                                         unsigned long node_end_pfn,
4683                                         unsigned long *ignored)
4684 {
4685         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4686         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4687         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4688
4689         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4690         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4691
4692         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4693                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4694                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4695         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4696 }
4697
4698 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4699 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4700                                         unsigned long zone_type,
4701                                         unsigned long node_start_pfn,
4702                                         unsigned long node_end_pfn,
4703                                         unsigned long *zones_size)
4704 {
4705         return zones_size[zone_type];
4706 }
4707
4708 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4709                                                 unsigned long zone_type,
4710                                                 unsigned long node_start_pfn,
4711                                                 unsigned long node_end_pfn,
4712                                                 unsigned long *zholes_size)
4713 {
4714         if (!zholes_size)
4715                 return 0;
4716
4717         return zholes_size[zone_type];
4718 }
4719
4720 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4721
4722 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4723                                                 unsigned long node_start_pfn,
4724                                                 unsigned long node_end_pfn,
4725                                                 unsigned long *zones_size,
4726                                                 unsigned long *zholes_size)
4727 {
4728         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4729         enum zone_type i;
4730
4731         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4732                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4733                                                          node_start_pfn,
4734                                                          node_end_pfn,
4735                                                          zones_size);
4736         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4737
4738         realtotalpages = totalpages;
4739         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4740                 realtotalpages -=
4741                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4742                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4743                                                   zholes_size);
4744         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4745         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4746                                                         realtotalpages);
4747 }
4748
4749 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4750 /*
4751  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4752  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4753  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4754  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4755  * bytes.
4756  */
4757 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4758 {
4759         unsigned long usemapsize;
4760
4761         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4762         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4763         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4764         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4765         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4766
4767         return usemapsize / 8;
4768 }
4769
4770 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4771                                 struct zone *zone,
4772                                 unsigned long zone_start_pfn,
4773                                 unsigned long zonesize)
4774 {
4775         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4776         zone->pageblock_flags = NULL;
4777         if (usemapsize)
4778                 zone->pageblock_flags =
4779                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4780                                                          pgdat->node_id);
4781 }
4782 #else
4783 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4784                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4785 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4786
4787 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4788
4789 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4790 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4791 {
4792         unsigned int order;
4793
4794         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4795         if (pageblock_order)
4796                 return;
4797
4798         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4799                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4800         else
4801                 order = MAX_ORDER - 1;
4802
4803         /*
4804          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4805          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4806          * powerpc.
4807          */
4808         pageblock_order = order;
4809 }
4810 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4811
4812 /*
4813  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4814  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4815  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4816  * the kernel config
4817  */
4818 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4819 {
4820 }
4821
4822 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4823
4824 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4825                                                    unsigned long present_pages)
4826 {
4827         unsigned long pages = spanned_pages;
4828
4829         /*
4830          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4831          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4832          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4833          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4834          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4835          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4836          */
4837         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4838             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4839                 pages = present_pages;
4840
4841         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4842 }
4843
4844 /*
4845  * Set up the zone data structures:
4846  *   - mark all pages reserved
4847  *   - mark all memory queues empty
4848  *   - clear the memory bitmaps
4849  *
4850  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4851  */
4852 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4853                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4854                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4855 {
4856         enum zone_type j;
4857         int nid = pgdat->node_id;
4858         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4859         int ret;
4860
4861         pgdat_resize_init(pgdat);
4862 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4863         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4864         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4865         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4866 #endif
4867         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4868         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4869         pgdat_page_ext_init(pgdat);
4870
4871         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4872                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4873                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4874
4875                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
4876                                                   node_end_pfn, zones_size);
4877                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4878                                                                 node_start_pfn,
4879                                                                 node_end_pfn,
4880                                                                 zholes_size);
4881
4882                 /*
4883                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4884                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4885                  * and per-cpu initialisations
4886                  */
4887                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4888                 if (!is_highmem_idx(j)) {
4889                         if (freesize >= memmap_pages) {
4890                                 freesize -= memmap_pages;
4891                                 if (memmap_pages)
4892                                         printk(KERN_DEBUG
4893                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4894                                                zone_names[j], memmap_pages);
4895                         } else
4896                                 printk(KERN_WARNING
4897                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4898                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4899                 }
4900
4901                 /* Account for reserved pages */
4902                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4903                         freesize -= dma_reserve;
4904                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4905                                         zone_names[0], dma_reserve);
4906                 }
4907
4908                 if (!is_highmem_idx(j))
4909                         nr_kernel_pages += freesize;
4910                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4911                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4912                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4913                 nr_all_pages += freesize;
4914
4915                 zone->spanned_pages = size;
4916                 zone->present_pages = realsize;
4917                 /*
4918                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4919                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4920                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4921                  */
4922                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4923 #ifdef CONFIG_NUMA
4924                 zone->node = nid;
4925                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4926                                                 / 100;
4927                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4928 #endif
4929                 zone->name = zone_names[j];
4930                 spin_lock_init(&zone->lock);
4931                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4932                 zone_seqlock_init(zone);
4933                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4934                 zone_pcp_init(zone);
4935
4936                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4937                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4938
4939                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4940                 if (!size)
4941                         continue;
4942
4943                 set_pageblock_order();
4944                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4945                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4946                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4947                 BUG_ON(ret);
4948                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4949                 zone_start_pfn += size;
4950         }
4951 }
4952
4953 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4954 {
4955         /* Skip empty nodes */
4956         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4957                 return;
4958
4959 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4960         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4961         if (!pgdat->node_mem_map) {
4962                 unsigned long size, start, end;
4963                 struct page *map;
4964
4965                 /*
4966                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4967                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4968                  * for the buddy allocator to function correctly.
4969                  */
4970                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4971                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4972                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4973                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4974                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4975                 if (!map)
4976                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
4977                                                                pgdat->node_id);
4978                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4979         }
4980 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4981         /*
4982          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4983          */
4984         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4985                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4986 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4987                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4988                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4989 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4990         }
4991 #endif
4992 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4993 }
4994
4995 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4996                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4997 {
4998         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4999         unsigned long start_pfn = 0;
5000         unsigned long end_pfn = 0;
5001
5002         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5003         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5004
5005         pgdat->node_id = nid;
5006         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5007 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5008         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5009         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5010                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5011 #endif
5012         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5013                                   zones_size, zholes_size);
5014
5015         alloc_node_mem_map(pgdat);
5016 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5017         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5018                 nid, (unsigned long)pgdat,
5019                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5020 #endif
5021
5022         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5023                             zones_size, zholes_size);
5024 }
5025
5026 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5027
5028 #if MAX_NUMNODES > 1
5029 /*
5030  * Figure out the number of possible node ids.
5031  */
5032 void __init setup_nr_node_ids(void)
5033 {
5034         unsigned int node;
5035         unsigned int highest = 0;
5036
5037         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5038                 highest = node;
5039         nr_node_ids = highest + 1;
5040 }
5041 #endif
5042
5043 /**
5044  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5045  *
5046  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5047  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5048  * all the nodes.
5049  *
5050  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5051  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5052  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5053  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5054  *
5055  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5056  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5057  * populated node map.
5058  *
5059  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5060  * requirement (single node).
5061  */
5062 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5063 {
5064         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5065         unsigned long start, end, mask;
5066         int last_nid = -1;
5067         int i, nid;
5068
5069         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5070                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5071                         last_nid = nid;
5072                         last_end = end;
5073                         continue;
5074                 }
5075
5076                 /*
5077                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5078                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5079                  * too coarse to separate the current node from the last.
5080                  */
5081                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5082                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5083                         mask <<= 1;
5084
5085                 /* accumulate all internode masks */
5086                 accl_mask |= mask;
5087         }
5088
5089         /* convert mask to number of pages */
5090         return ~accl_mask + 1;
5091 }
5092
5093 /* Find the lowest pfn for a node */
5094 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5095 {
5096         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5097         unsigned long start_pfn;
5098         int i;
5099
5100         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5101                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5102
5103         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5104                 printk(KERN_WARNING
5105                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5106                 return 0;
5107         }
5108
5109         return min_pfn;
5110 }
5111
5112 /**
5113  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5114  *
5115  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5116  * memblock_set_node().
5117  */
5118 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5119 {
5120         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5121 }
5122
5123 /*
5124  * early_calculate_totalpages()
5125  * Sum pages in active regions for movable zone.
5126  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5127  */
5128 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5129 {
5130         unsigned long totalpages = 0;
5131         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5132         int i, nid;
5133
5134         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5135                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5136
5137                 totalpages += pages;
5138                 if (pages)
5139                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5140         }
5141         return totalpages;
5142 }
5143
5144 /*
5145  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5146  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5147  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5148  * others
5149  */
5150 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5151 {
5152         int i, nid;
5153         unsigned long usable_startpfn;
5154         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5155         /* save the state before borrow the nodemask */
5156         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5157         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5158         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5159         struct memblock_region *r;
5160
5161         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5162         find_usable_zone_for_movable();
5163
5164         /*
5165          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5166          * options.
5167          */
5168         if (movable_node_is_enabled()) {
5169                 for_each_memblock(memory, r) {
5170                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5171                                 continue;
5172
5173                         nid = r->nid;
5174
5175                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5176                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5177                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5178                                 usable_startpfn;
5179                 }
5180
5181                 goto out2;
5182         }
5183
5184         /*
5185          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5186          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5187          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5188          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5189          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5190          * what movablecore would have allowed.
5191          */
5192         if (required_movablecore) {
5193                 unsigned long corepages;
5194
5195                 /*
5196                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5197                  * was requested by the user
5198                  */
5199                 required_movablecore =
5200                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5201                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5202
5203                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5204         }
5205
5206         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5207         if (!required_kernelcore)
5208                 goto out;
5209
5210         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5211         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5212
5213 restart:
5214         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5215         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5216         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5217                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5218
5219                 /*
5220                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5221                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5222                  * amount of memory for the kernel
5223                  */
5224                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5225                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5226
5227                 /*
5228                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5229                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5230                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5231                  */
5232                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5233
5234                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5235                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5236                         unsigned long size_pages;
5237
5238                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5239                         if (start_pfn >= end_pfn)
5240                                 continue;
5241
5242                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5243                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5244                                 unsigned long kernel_pages;
5245                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5246                                                                 - start_pfn;
5247
5248                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5249                                                         kernelcore_remaining);
5250                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5251                                                         required_kernelcore);
5252
5253                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5254                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5255
5256                                         /*
5257                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5258                                          * that if we have to rebalance
5259                                          * kernelcore across nodes, we will
5260                                          * not double account here
5261                                          */
5262                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5263                                         continue;
5264                                 }
5265                                 start_pfn = usable_startpfn;
5266                         }
5267
5268                         /*
5269                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5270                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5271                          * number of pages used as kernelcore
5272                          */
5273                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5274                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5275                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5276                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5277
5278                         /*
5279                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5280                          * break if the kernelcore for this node has been
5281                          * satisfied
5282                          */
5283                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5284                                                                 size_pages);
5285                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5286                         if (!kernelcore_remaining)
5287                                 break;
5288                 }
5289         }
5290
5291         /*
5292          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5293          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5294          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5295          * satisfied
5296          */
5297         usable_nodes--;
5298         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5299                 goto restart;
5300
5301 out2:
5302         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5303         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5304                 zone_movable_pfn[nid] =
5305                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5306
5307 out:
5308         /* restore the node_state */
5309         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5310 }
5311
5312 /* Any regular or high memory on that node ? */
5313 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5314 {
5315         enum zone_type zone_type;
5316
5317         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5318                 return;
5319
5320         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5321                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5322                 if (populated_zone(zone)) {
5323                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5324                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5325                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5326                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5327                         break;
5328                 }
5329         }
5330 }
5331
5332 /**
5333  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5334  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5335  *
5336  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5337  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5338  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5339  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5340  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5341  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5342  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5343  * at arch_max_dma_pfn.
5344  */
5345 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5346 {
5347         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5348         int i, nid;
5349
5350         /* Record where the zone boundaries are */
5351         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5352                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5353         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5354                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5355         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5356         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5357         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5358                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5359                         continue;
5360                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5361                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5362                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5363                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5364         }
5365         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5366         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5367
5368         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5369         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5370         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5371
5372         /* Print out the zone ranges */
5373         pr_info("Zone ranges:\n");
5374         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5375                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5376                         continue;
5377                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5378                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5379                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5380                         pr_cont("empty\n");
5381                 else
5382                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5383                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5384                                         << PAGE_SHIFT,
5385                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5386                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5387         }
5388
5389         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5390         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5391         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5392                 if (zone_movable_pfn[i])
5393                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5394                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5395         }
5396
5397         /* Print out the early node map */
5398         pr_info("Early memory node ranges\n");
5399         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5400                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5401                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5402                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5403
5404         /* Initialise every node */
5405         mminit_verify_pageflags_layout();
5406         setup_nr_node_ids();
5407         for_each_online_node(nid) {
5408                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5409                 free_area_init_node(nid, NULL,
5410                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5411
5412                 /* Any memory on that node */
5413                 if (pgdat->node_present_pages)
5414                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5415                 check_for_memory(pgdat, nid);
5416         }
5417 }
5418
5419 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5420 {
5421         unsigned long long coremem;
5422         if (!p)
5423                 return -EINVAL;
5424
5425         coremem = memparse(p, &p);
5426         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5427
5428         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5429         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5430
5431         return 0;
5432 }
5433
5434 /*
5435  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5436  * cannot be reclaimed or migrated.
5437  */
5438 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5439 {
5440         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5441 }
5442
5443 /*
5444  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5445  * can be reclaimed or migrated.
5446  */
5447 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5448 {
5449         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5450 }
5451
5452 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5453 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5454
5455 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5456
5457 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5458 {
5459         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5460         page_zone(page)->managed_pages += count;
5461         totalram_pages += count;
5462 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5463         if (PageHighMem(page))
5464                 totalhigh_pages += count;
5465 #endif
5466         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5467 }
5468 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5469
5470 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5471 {
5472         void *pos;
5473         unsigned long pages = 0;
5474
5475         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5476         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5477         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5478                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5479                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5480                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5481         }
5482
5483         if (pages && s)
5484                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5485                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5486
5487         return pages;
5488 }
5489 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5490
5491 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5492 void free_highmem_page(struct page *page)
5493 {
5494         __free_reserved_page(page);
5495         totalram_pages++;
5496         page_zone(page)->managed_pages++;
5497         totalhigh_pages++;
5498 }
5499 #endif
5500
5501
5502 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5503 {
5504         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5505         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5506
5507         physpages = get_num_physpages();
5508         codesize = _etext - _stext;
5509         datasize = _edata - _sdata;
5510         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5511         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5512         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5513         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5514
5515         /*
5516          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5517          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5518          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5519          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5520          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5521          */
5522 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5523         do { \
5524                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5525                         size -= adj; \
5526         } while (0)
5527
5528         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5529                      _sinittext, init_code_size);
5530         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5531         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5532         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5533         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5534
5535 #undef  adj_init_size
5536
5537         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5538                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5539                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5540 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5541                ", %luK highmem"
5542 #endif
5543                "%s%s)\n",
5544                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5545                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5546                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5547                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5548                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5549 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5550                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5551 #endif
5552                str ? ", " : "", str ? str : "");
5553 }
5554
5555 /**
5556  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5557  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5558  *
5559  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5560  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5561  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5562  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5563  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5564  * smaller per-cpu batchsize.
5565  */
5566 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5567 {
5568         dma_reserve = new_dma_reserve;
5569 }
5570
5571 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5572 {
5573         free_area_init_node(0, zones_size,
5574                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5575 }
5576
5577 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5578                                  unsigned long action, void *hcpu)
5579 {
5580         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5581
5582         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5583                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5584                 drain_pages(cpu);
5585
5586                 /*
5587                  * Spill the event counters of the dead processor
5588                  * into the current processors event counters.
5589                  * This artificially elevates the count of the current
5590                  * processor.
5591                  */
5592                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5593
5594                 /*
5595                  * Zero the differential counters of the dead processor
5596                  * so that the vm statistics are consistent.
5597                  *
5598                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5599                  * race with what we are doing.
5600                  */
5601                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5602         }
5603         return NOTIFY_OK;
5604 }
5605
5606 void __init page_alloc_init(void)
5607 {
5608         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5609 }
5610
5611 /*
5612  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5613  *      or min_free_kbytes changes.
5614  */
5615 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5616 {
5617         struct pglist_data *pgdat;
5618         unsigned long reserve_pages = 0;
5619         enum zone_type i, j;
5620
5621         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5622                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5623                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5624                         long max = 0;
5625
5626                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5627                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5628                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5629                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5630                         }
5631
5632                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5633                         max += high_wmark_pages(zone);
5634
5635                         if (max > zone->managed_pages)
5636                                 max = zone->managed_pages;
5637                         reserve_pages += max;
5638                         /*
5639                          * Lowmem reserves are not available to
5640                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5641                          * kswapd tries to balance zones to their high
5642                          * watermark.  As a result, neither should be
5643                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5644                          * situation where reclaim has to clean pages
5645                          * in order to balance the zones.
5646                          */
5647                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5648                 }
5649         }
5650         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5651         totalreserve_pages = reserve_pages;
5652 }
5653
5654 /*
5655  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5656  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5657  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5658  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5659  */
5660 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5661 {
5662         struct pglist_data *pgdat;
5663         enum zone_type j, idx;
5664
5665         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5666                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5667                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5668                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5669
5670                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5671
5672                         idx = j;
5673                         while (idx) {
5674                                 struct zone *lower_zone;
5675
5676                                 idx--;
5677
5678                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5679                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5680
5681                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5682                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5683                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5684                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5685                         }
5686                 }
5687         }
5688
5689         /* update totalreserve_pages */
5690         calculate_totalreserve_pages();
5691 }
5692
5693 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5694 {
5695         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5696         unsigned long lowmem_pages = 0;
5697         struct zone *zone;
5698         unsigned long flags;
5699
5700         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5701         for_each_zone(zone) {
5702                 if (!is_highmem(zone))
5703                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5704         }
5705
5706         for_each_zone(zone) {
5707                 u64 tmp;
5708
5709                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5710                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5711                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5712                 if (is_highmem(zone)) {
5713                         /*
5714                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5715                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5716                          * value here.
5717                          *
5718                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5719                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5720                          * not be capped for highmem.
5721                          */
5722                         unsigned long min_pages;
5723
5724                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5725                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5726                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5727                 } else {
5728                         /*
5729                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5730                          * proportionate to the zone's size.
5731                          */
5732                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5733                 }
5734
5735                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5736                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5737
5738                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5739                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5740                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5741
5742                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5743                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5744         }
5745
5746         /* update totalreserve_pages */
5747         calculate_totalreserve_pages();
5748 }
5749
5750 /**
5751  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5752  * or when memory is hot-{added|removed}
5753  *
5754  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5755  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5756  */
5757 void setup_per_zone_wmarks(void)
5758 {
5759         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5760         __setup_per_zone_wmarks();
5761         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5762 }
5763
5764 /*
5765  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5766  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5767  * to be referenced again before it is swapped out.
5768  *
5769  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5770  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5771  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5772  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5773  *
5774  * total     target    max
5775  * memory    ratio     inactive anon
5776  * -------------------------------------
5777  *   10MB       1         5MB
5778  *  100MB       1        50MB
5779  *    1GB       3       250MB
5780  *   10GB      10       0.9GB
5781  *  100GB      31         3GB
5782  *    1TB     101        10GB
5783  *   10TB     320        32GB
5784  */
5785 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5786 {
5787         unsigned int gb, ratio;
5788
5789         /* Zone size in gigabytes */
5790         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5791         if (gb)
5792                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5793         else
5794                 ratio = 1;
5795
5796         zone->inactive_ratio = ratio;
5797 }
5798
5799 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5800 {
5801         struct zone *zone;
5802
5803         for_each_zone(zone)
5804                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5805 }
5806
5807 /*
5808  * Initialise min_free_kbytes.
5809  *
5810  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5811  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5812  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5813  *
5814  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5815  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5816  *
5817  * which yields
5818  *
5819  * 16MB:        512k
5820  * 32MB:        724k
5821  * 64MB:        1024k
5822  * 128MB:       1448k
5823  * 256MB:       2048k
5824  * 512MB:       2896k
5825  * 1024MB:      4096k
5826  * 2048MB:      5792k
5827  * 4096MB:      8192k
5828  * 8192MB:      11584k
5829  * 16384MB:     16384k
5830  */
5831 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5832 {
5833         unsigned long lowmem_kbytes;
5834         int new_min_free_kbytes;
5835
5836         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5837         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5838
5839         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5840                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5841                 if (min_free_kbytes < 128)
5842                         min_free_kbytes = 128;
5843                 if (min_free_kbytes > 65536)
5844                         min_free_kbytes = 65536;
5845         } else {
5846                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5847                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5848         }
5849         setup_per_zone_wmarks();
5850         refresh_zone_stat_thresholds();
5851         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5852         setup_per_zone_inactive_ratio();
5853         return 0;
5854 }
5855 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5856
5857 /*
5858  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5859  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5860  *      changes.
5861  */
5862 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5863         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5864 {
5865         int rc;
5866
5867         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5868         if (rc)
5869                 return rc;
5870
5871         if (write) {
5872                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5873                 setup_per_zone_wmarks();
5874         }
5875         return 0;
5876 }
5877
5878 #ifdef CONFIG_NUMA
5879 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5880         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5881 {
5882         struct zone *zone;
5883         int rc;
5884
5885         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5886         if (rc)
5887                 return rc;
5888
5889         for_each_zone(zone)
5890                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5891                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5892         return 0;
5893 }
5894
5895 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5896         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5897 {
5898         struct zone *zone;
5899         int rc;
5900
5901         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5902         if (rc)
5903                 return rc;
5904
5905         for_each_zone(zone)
5906                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5907                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5908         return 0;
5909 }
5910 #endif
5911
5912 /*
5913  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5914  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5915  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5916  *
5917  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5918  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5919  * if in function of the boot time zone sizes.
5920  */
5921 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5922         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5923 {
5924         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5925         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5926         return 0;
5927 }
5928
5929 /*
5930  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5931  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5932  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5933  */
5934 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5935         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5936 {
5937         struct zone *zone;
5938         int old_percpu_pagelist_fraction;
5939         int ret;
5940
5941         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5942         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5943
5944         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5945         if (!write || ret < 0)
5946                 goto out;
5947
5948         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5949         if (percpu_pagelist_fraction &&
5950             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5951                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5952                 ret = -EINVAL;
5953                 goto out;
5954         }
5955
5956         /* No change? */
5957         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
5958                 goto out;
5959
5960         for_each_populated_zone(zone) {
5961                 unsigned int cpu;
5962
5963                 for_each_possible_cpu(cpu)
5964                         pageset_set_high_and_batch(zone,
5965                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
5966         }
5967 out:
5968         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5969         return ret;
5970 }
5971
5972 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5973
5974 #ifdef CONFIG_NUMA
5975 static int __init set_hashdist(char *str)
5976 {
5977         if (!str)
5978                 return 0;
5979         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5980         return 1;
5981 }
5982 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5983 #endif
5984
5985 /*
5986  * allocate a large system hash table from bootmem
5987  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5988  *   quantity of entries
5989  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5990  */
5991 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5992                                      unsigned long bucketsize,
5993                                      unsigned long numentries,
5994                                      int scale,
5995                                      int flags,
5996                                      unsigned int *_hash_shift,
5997                                      unsigned int *_hash_mask,
5998                                      unsigned long low_limit,
5999                                      unsigned long high_limit)
6000 {
6001         unsigned long long max = high_limit;
6002         unsigned long log2qty, size;
6003         void *table = NULL;
6004
6005         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6006         if (!numentries) {
6007                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6008                 numentries = nr_kernel_pages;
6009
6010                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6011                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6012                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6013
6014                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6015                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6016                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6017                 else
6018                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6019
6020                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6021                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6022                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6023                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6024                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6025                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6026                                 BUG_ON(!numentries);
6027                         }
6028                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6029                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6030         }
6031         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6032
6033         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6034         if (max == 0) {
6035                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6036                 do_div(max, bucketsize);
6037         }
6038         max = min(max, 0x80000000ULL);
6039
6040         if (numentries < low_limit)
6041                 numentries = low_limit;
6042         if (numentries > max)
6043                 numentries = max;
6044
6045         log2qty = ilog2(numentries);
6046
6047         do {
6048                 size = bucketsize << log2qty;
6049                 if (flags & HASH_EARLY)
6050                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6051                 else if (hashdist)
6052                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6053                 else {
6054                         /*
6055                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6056                          * some pages at the end of hash table which
6057                          * alloc_pages_exact() automatically does
6058                          */
6059                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6060                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6061                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6062                         }
6063                 }
6064         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6065
6066         if (!table)
6067                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6068
6069         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6070                tablename,
6071                (1UL << log2qty),
6072                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6073                size);
6074
6075         if (_hash_shift)
6076                 *_hash_shift = log2qty;
6077         if (_hash_mask)
6078                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6079
6080         return table;
6081 }
6082
6083 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6084 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6085                                                         unsigned long pfn)
6086 {
6087 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6088         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6089 #else
6090         return zone->pageblock_flags;
6091 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6092 }
6093
6094 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6095 {
6096 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6097         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6098         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6099 #else
6100         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6101         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6102 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6103 }
6104
6105 /**
6106  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6107  * @page: The page within the block of interest
6108  * @pfn: The target page frame number
6109  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6110  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6111  *
6112  * Return: pageblock_bits flags
6113  */
6114 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6115                                         unsigned long end_bitidx,
6116                                         unsigned long mask)
6117 {
6118         struct zone *zone;
6119         unsigned long *bitmap;
6120         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6121         unsigned long word;
6122
6123         zone = page_zone(page);
6124         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6125         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6126         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6127         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6128
6129         word = bitmap[word_bitidx];
6130         bitidx += end_bitidx;
6131         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6132 }
6133
6134 /**
6135  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6136  * @page: The page within the block of interest
6137  * @flags: The flags to set
6138  * @pfn: The target page frame number
6139  * @end_bitidx: The last bit of interest
6140  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6141  */
6142 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6143                                         unsigned long pfn,
6144                                         unsigned long end_bitidx,
6145                                         unsigned long mask)
6146 {
6147         struct zone *zone;
6148         unsigned long *bitmap;
6149         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6150         unsigned long old_word, word;
6151
6152         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6153
6154         zone = page_zone(page);
6155         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6156         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6157         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6158         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6159
6160         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6161
6162         bitidx += end_bitidx;
6163         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6164         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6165
6166         word = ACCESS_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6167         for (;;) {
6168                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6169                 if (word == old_word)
6170                         break;
6171                 word = old_word;
6172         }
6173 }
6174
6175 /*
6176  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6177  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6178  *
6179  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6180  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6181  * expect this function should be exact.
6182  */
6183 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6184                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6185 {
6186         unsigned long pfn, iter, found;
6187         int mt;
6188
6189         /*
6190          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6191          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6192          */
6193         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6194                 return false;
6195         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6196         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6197                 return false;
6198
6199         pfn = page_to_pfn(page);
6200         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6201                 unsigned long check = pfn + iter;
6202
6203                 if (!pfn_valid_within(check))
6204                         continue;
6205
6206                 page = pfn_to_page(check);
6207
6208                 /*
6209                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6210                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6211                  * handle each tail page individually in migration.
6212                  */
6213                 if (PageHuge(page)) {
6214                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6215                         continue;
6216                 }
6217
6218                 /*
6219                  * We can't use page_count without pin a page
6220                  * because another CPU can free compound page.
6221                  * This check already skips compound tails of THP
6222                  * because their page->_count is zero at all time.
6223                  */
6224                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6225                         if (PageBuddy(page))
6226                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6227                         continue;
6228                 }
6229
6230                 /*
6231                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6232                  * page_count() is not 0.
6233                  */
6234                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6235                         continue;
6236
6237                 if (!PageLRU(page))
6238                         found++;
6239                 /*
6240                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6241                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6242                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6243                  */
6244                 /*
6245                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6246                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6247                  *
6248                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6249                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6250                  * page at boot.
6251                  */
6252                 if (found > count)
6253                         return true;
6254         }
6255         return false;
6256 }
6257
6258 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6259 {
6260         struct zone *zone;
6261         unsigned long pfn;
6262
6263         /*
6264          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6265          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6266          * the zone but still within the section.
6267          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6268          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6269          */
6270         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6271                 return false;
6272
6273         zone = page_zone(page);
6274         pfn = page_to_pfn(page);
6275         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6276                 return false;
6277
6278         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6279 }
6280
6281 #ifdef CONFIG_CMA
6282
6283 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6284 {
6285         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6286                              pageblock_nr_pages) - 1);
6287 }
6288
6289 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6290 {
6291         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6292                                 pageblock_nr_pages));
6293 }
6294
6295 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6296 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6297                                         unsigned long start, unsigned long end)
6298 {
6299         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6300         unsigned long nr_reclaimed;
6301         unsigned long pfn = start;
6302         unsigned int tries = 0;
6303         int ret = 0;
6304
6305         migrate_prep();
6306
6307         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6308                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6309                         ret = -EINTR;
6310                         break;
6311                 }
6312
6313                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6314                         cc->nr_migratepages = 0;
6315                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6316                         if (!pfn) {
6317                                 ret = -EINTR;
6318                                 break;
6319                         }
6320                         tries = 0;
6321                 } else if (++tries == 5) {
6322                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6323                         break;
6324                 }
6325
6326                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6327                                                         &cc->migratepages);
6328                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6329
6330                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6331                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6332         }
6333         if (ret < 0) {
6334                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6335                 return ret;
6336         }
6337         return 0;
6338 }
6339
6340 /**
6341  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6342  * @start:      start PFN to allocate
6343  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6344  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6345  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6346  *                      in range must have the same migratetype and it must
6347  *                      be either of the two.
6348  *
6349  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6350  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6351  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6352  * pages fall in.
6353  *
6354  * The PFN range must belong to a single zone.
6355  *
6356  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6357  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6358  * need to be freed with free_contig_range().
6359  */
6360 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6361                        unsigned migratetype)
6362 {
6363         unsigned long outer_start, outer_end;
6364         int ret = 0, order;
6365
6366         struct compact_control cc = {
6367                 .nr_migratepages = 0,
6368                 .order = -1,
6369                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6370                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6371                 .ignore_skip_hint = true,
6372         };
6373         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6374
6375         /*
6376          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6377          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6378          * have different sizes, and due to the way page allocator
6379          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6380          * that page allocator won't try to merge buddies from
6381          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6382          * other migration type.
6383          *
6384          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6385          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6386          * we are interested in).  This will put all the pages in
6387          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6388          *
6389          * When this is done, we take the pages in range from page
6390          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6391          * page allocator will never consider using them.
6392          *
6393          * This lets us mark the pageblocks back as
6394          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6395          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6396          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6397          */
6398
6399         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6400                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6401                                        false);
6402         if (ret)
6403                 return ret;
6404
6405         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6406         if (ret)
6407                 goto done;
6408
6409         /*
6410          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6411          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6412          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6413          * What we are going to do is to allocate all pages from
6414          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6415          *
6416          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6417          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6418          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6419          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6420          * once this is done free the pages we are not interested in.
6421          *
6422          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6423          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6424          */
6425
6426         lru_add_drain_all();
6427         drain_all_pages(cc.zone);
6428
6429         order = 0;
6430         outer_start = start;
6431         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6432                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6433                         ret = -EBUSY;
6434                         goto done;
6435                 }
6436                 outer_start &= ~0UL << order;
6437         }
6438
6439         /* Make sure the range is really isolated. */
6440         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6441                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6442                         __func__, outer_start, end);
6443                 ret = -EBUSY;
6444                 goto done;
6445         }
6446
6447         /* Grab isolated pages from freelists. */
6448         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6449         if (!outer_end) {
6450                 ret = -EBUSY;
6451                 goto done;
6452         }
6453
6454         /* Free head and tail (if any) */
6455         if (start != outer_start)
6456                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6457         if (end != outer_end)
6458                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6459
6460 done:
6461         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6462                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6463         return ret;
6464 }
6465
6466 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6467 {
6468         unsigned int count = 0;
6469
6470         for (; nr_pages--; pfn++) {
6471                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6472
6473                 count += page_count(page) != 1;
6474                 __free_page(page);
6475         }
6476         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6477 }
6478 #endif
6479
6480 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6481 /*
6482  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6483  * page high values need to be recalulated.
6484  */
6485 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6486 {
6487         unsigned cpu;
6488         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6489         for_each_possible_cpu(cpu)
6490                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6491                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6492         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6493 }
6494 #endif
6495
6496 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6497 {
6498         unsigned long flags;
6499         int cpu;
6500         struct per_cpu_pageset *pset;
6501
6502         /* avoid races with drain_pages()  */
6503         local_irq_save(flags);
6504         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6505                 for_each_online_cpu(cpu) {
6506                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6507                         drain_zonestat(zone, pset);
6508                 }
6509                 free_percpu(zone->pageset);
6510                 zone->pageset = &boot_pageset;
6511         }
6512         local_irq_restore(flags);
6513 }
6514
6515 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6516 /*
6517  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6518  */
6519 void
6520 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6521 {
6522         struct page *page;
6523         struct zone *zone;
6524         unsigned int order, i;
6525         unsigned long pfn;
6526         unsigned long flags;
6527         /* find the first valid pfn */
6528         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6529                 if (pfn_valid(pfn))
6530                         break;
6531         if (pfn == end_pfn)
6532                 return;
6533         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6534         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6535         pfn = start_pfn;
6536         while (pfn < end_pfn) {
6537                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6538                         pfn++;
6539                         continue;
6540                 }
6541                 page = pfn_to_page(pfn);
6542                 /*
6543                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6544                  * page_count() is not 0.
6545                  */
6546                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6547                         pfn++;
6548                         SetPageReserved(page);
6549                         continue;
6550                 }
6551
6552                 BUG_ON(page_count(page));
6553                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6554                 order = page_order(page);
6555 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6556                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6557                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6558 #endif
6559                 list_del(&page->lru);
6560                 rmv_page_order(page);
6561                 zone->free_area[order].nr_free--;
6562                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6563                         SetPageReserved((page+i));
6564                 pfn += (1 << order);
6565         }
6566         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6567 }
6568 #endif
6569
6570 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6571 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6572 {
6573         struct zone *zone = page_zone(page);
6574         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6575         unsigned long flags;
6576         unsigned int order;
6577
6578         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6579         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6580                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6581
6582                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6583                         break;
6584         }
6585         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6586
6587         return order < MAX_ORDER;
6588 }
6589 #endif