Merge remote-tracking branches 'regulator/fix/88pm800', 'regulator/fix/max8973',...
[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/rwsem.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/jiffies.h>
24 #include <linux/bootmem.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kmemcheck.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/notifier.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118 /*
119  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
120  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
121  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
122  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
123  */
124 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
125
126 int percpu_pagelist_fraction;
127 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
128
129 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
130 /*
131  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
132  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
133  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
134  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
135  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
136  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
137  */
138
139 static gfp_t saved_gfp_mask;
140
141 void pm_restore_gfp_mask(void)
142 {
143         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
144         if (saved_gfp_mask) {
145                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
146                 saved_gfp_mask = 0;
147         }
148 }
149
150 void pm_restrict_gfp_mask(void)
151 {
152         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
153         WARN_ON(saved_gfp_mask);
154         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
155         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
156 }
157
158 bool pm_suspended_storage(void)
159 {
160         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
161                 return false;
162         return true;
163 }
164 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
165
166 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
167 int pageblock_order __read_mostly;
168 #endif
169
170 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
171
172 /*
173  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
174  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
175  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
176  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
177  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
178  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
179  *
180  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
181  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
182  */
183 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
184 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
185          256,
186 #endif
187 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
188          256,
189 #endif
190 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
191          32,
192 #endif
193          32,
194 };
195
196 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
197
198 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
200          "DMA",
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
203          "DMA32",
204 #endif
205          "Normal",
206 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
207          "HighMem",
208 #endif
209          "Movable",
210 };
211
212 int min_free_kbytes = 1024;
213 int user_min_free_kbytes = -1;
214
215 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
216 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
217 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
218
219 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
220 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
221 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
222 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
223 static unsigned long __initdata required_movablecore;
224 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
225
226 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
227 int movable_zone;
228 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
229 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
230
231 #if MAX_NUMNODES > 1
232 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
233 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
234 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
235 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
236 #endif
237
238 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
239
240 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
241 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
242 {
243         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
244 }
245
246 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
247 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
248 {
249         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
250                 return true;
251
252         return false;
253 }
254
255 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
256 {
257         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
258                 return true;
259
260         return false;
261 }
262
263 /*
264  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
265  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
266  */
267 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
268                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
269                                 unsigned long *nr_initialised)
270 {
271         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
272         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
273                 return true;
274
275         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
276         (*nr_initialised)++;
277         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
278             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
279                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
280                 return false;
281         }
282
283         return true;
284 }
285 #else
286 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
287 {
288 }
289
290 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
291 {
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         return false;
298 }
299
300 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
301                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
302                                 unsigned long *nr_initialised)
303 {
304         return true;
305 }
306 #endif
307
308
309 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
310 {
311         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
312                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
313                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
314
315         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
316                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
317 }
318
319 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
320 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
321 {
322         int ret = 0;
323         unsigned seq;
324         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
325         unsigned long sp, start_pfn;
326
327         do {
328                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
329                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
330                 sp = zone->spanned_pages;
331                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
332                         ret = 1;
333         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
334
335         if (ret)
336                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
337                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
338                         start_pfn, start_pfn + sp);
339
340         return ret;
341 }
342
343 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
344 {
345         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
346                 return 0;
347         if (zone != page_zone(page))
348                 return 0;
349
350         return 1;
351 }
352 /*
353  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
354  */
355 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
356 {
357         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
358                 return 1;
359         if (!page_is_consistent(zone, page))
360                 return 1;
361
362         return 0;
363 }
364 #else
365 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
366 {
367         return 0;
368 }
369 #endif
370
371 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
372                 unsigned long bad_flags)
373 {
374         static unsigned long resume;
375         static unsigned long nr_shown;
376         static unsigned long nr_unshown;
377
378         /* Don't complain about poisoned pages */
379         if (PageHWPoison(page)) {
380                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
381                 return;
382         }
383
384         /*
385          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
386          * or allow a steady drip of one report per second.
387          */
388         if (nr_shown == 60) {
389                 if (time_before(jiffies, resume)) {
390                         nr_unshown++;
391                         goto out;
392                 }
393                 if (nr_unshown) {
394                         printk(KERN_ALERT
395                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
396                                 nr_unshown);
397                         nr_unshown = 0;
398                 }
399                 nr_shown = 0;
400         }
401         if (nr_shown++ == 0)
402                 resume = jiffies + 60 * HZ;
403
404         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
405                 current->comm, page_to_pfn(page));
406         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
407
408         print_modules();
409         dump_stack();
410 out:
411         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
412         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
413         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
414 }
415
416 /*
417  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
418  *
419  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
420  *
421  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
422  *
423  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
424  * pointing at the head page.
425  *
426  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
427  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
428  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
429  */
430
431 static void free_compound_page(struct page *page)
432 {
433         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
434 }
435
436 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
437 {
438         int i;
439         int nr_pages = 1 << order;
440
441         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
442         set_compound_order(page, order);
443         __SetPageHead(page);
444         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
445                 struct page *p = page + i;
446                 set_page_count(p, 0);
447                 p->first_page = page;
448                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
449                 smp_wmb();
450                 __SetPageTail(p);
451         }
452 }
453
454 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
455 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
456 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
457 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
458
459 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
460 {
461         if (!buf)
462                 return -EINVAL;
463
464         if (strcmp(buf, "on") == 0)
465                 _debug_pagealloc_enabled = true;
466
467         return 0;
468 }
469 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
470
471 static bool need_debug_guardpage(void)
472 {
473         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
474         if (!debug_pagealloc_enabled())
475                 return false;
476
477         return true;
478 }
479
480 static void init_debug_guardpage(void)
481 {
482         if (!debug_pagealloc_enabled())
483                 return;
484
485         _debug_guardpage_enabled = true;
486 }
487
488 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
489         .need = need_debug_guardpage,
490         .init = init_debug_guardpage,
491 };
492
493 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
494 {
495         unsigned long res;
496
497         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
498                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
499                 return 0;
500         }
501         _debug_guardpage_minorder = res;
502         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
503         return 0;
504 }
505 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
506
507 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
508                                 unsigned int order, int migratetype)
509 {
510         struct page_ext *page_ext;
511
512         if (!debug_guardpage_enabled())
513                 return;
514
515         page_ext = lookup_page_ext(page);
516         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
517
518         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
519         set_page_private(page, order);
520         /* Guard pages are not available for any usage */
521         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
522 }
523
524 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
525                                 unsigned int order, int migratetype)
526 {
527         struct page_ext *page_ext;
528
529         if (!debug_guardpage_enabled())
530                 return;
531
532         page_ext = lookup_page_ext(page);
533         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
534
535         set_page_private(page, 0);
536         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
537                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
538 }
539 #else
540 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
541 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
542                                 unsigned int order, int migratetype) {}
543 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
544                                 unsigned int order, int migratetype) {}
545 #endif
546
547 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
548 {
549         set_page_private(page, order);
550         __SetPageBuddy(page);
551 }
552
553 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
554 {
555         __ClearPageBuddy(page);
556         set_page_private(page, 0);
557 }
558
559 /*
560  * This function checks whether a page is free && is the buddy
561  * we can do coalesce a page and its buddy if
562  * (a) the buddy is not in a hole &&
563  * (b) the buddy is in the buddy system &&
564  * (c) a page and its buddy have the same order &&
565  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
566  *
567  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
568  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
569  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
570  * serialized by zone->lock.
571  *
572  * For recording page's order, we use page_private(page).
573  */
574 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
575                                                         unsigned int order)
576 {
577         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
578                 return 0;
579
580         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
581                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
582                         return 0;
583
584                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
585
586                 return 1;
587         }
588
589         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
590                 /*
591                  * zone check is done late to avoid uselessly
592                  * calculating zone/node ids for pages that could
593                  * never merge.
594                  */
595                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
596                         return 0;
597
598                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
599
600                 return 1;
601         }
602         return 0;
603 }
604
605 /*
606  * Freeing function for a buddy system allocator.
607  *
608  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
609  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
610  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
611  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
612  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
613  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
614  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
615  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
616  * parts of the VM system.
617  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
618  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
619  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
620  * field.
621  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
622  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
623  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
624  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
625  * triggers coalescing into a block of larger size.
626  *
627  * -- nyc
628  */
629
630 static inline void __free_one_page(struct page *page,
631                 unsigned long pfn,
632                 struct zone *zone, unsigned int order,
633                 int migratetype)
634 {
635         unsigned long page_idx;
636         unsigned long combined_idx;
637         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
638         struct page *buddy;
639         int max_order = MAX_ORDER;
640
641         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
642         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
643
644         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
645         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
646                 /*
647                  * We restrict max order of merging to prevent merge
648                  * between freepages on isolate pageblock and normal
649                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
650                  * could cause incorrect freepage accounting.
651                  */
652                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
653         } else {
654                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
655         }
656
657         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
658
659         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
660         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
661
662         while (order < max_order - 1) {
663                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
664                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
665                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
666                         break;
667                 /*
668                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
669                  * merge with it and move up one order.
670                  */
671                 if (page_is_guard(buddy)) {
672                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
673                 } else {
674                         list_del(&buddy->lru);
675                         zone->free_area[order].nr_free--;
676                         rmv_page_order(buddy);
677                 }
678                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
679                 page = page + (combined_idx - page_idx);
680                 page_idx = combined_idx;
681                 order++;
682         }
683         set_page_order(page, order);
684
685         /*
686          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
687          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
688          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
689          * that is happening, add the free page to the tail of the list
690          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
691          * as a higher order page
692          */
693         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
694                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
695                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
696                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
697                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
698                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
699                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
700                         list_add_tail(&page->lru,
701                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
702                         goto out;
703                 }
704         }
705
706         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
707 out:
708         zone->free_area[order].nr_free++;
709 }
710
711 static inline int free_pages_check(struct page *page)
712 {
713         const char *bad_reason = NULL;
714         unsigned long bad_flags = 0;
715
716         if (unlikely(page_mapcount(page)))
717                 bad_reason = "nonzero mapcount";
718         if (unlikely(page->mapping != NULL))
719                 bad_reason = "non-NULL mapping";
720         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
721                 bad_reason = "nonzero _count";
722         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
723                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
724                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
725         }
726 #ifdef CONFIG_MEMCG
727         if (unlikely(page->mem_cgroup))
728                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
729 #endif
730         if (unlikely(bad_reason)) {
731                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
732                 return 1;
733         }
734         page_cpupid_reset_last(page);
735         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
736                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
737         return 0;
738 }
739
740 /*
741  * Frees a number of pages from the PCP lists
742  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
743  * count is the number of pages to free.
744  *
745  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
746  * see if this freeing clears that state.
747  *
748  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
749  * pinned" detection logic.
750  */
751 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
752                                         struct per_cpu_pages *pcp)
753 {
754         int migratetype = 0;
755         int batch_free = 0;
756         int to_free = count;
757         unsigned long nr_scanned;
758
759         spin_lock(&zone->lock);
760         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
761         if (nr_scanned)
762                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
763
764         while (to_free) {
765                 struct page *page;
766                 struct list_head *list;
767
768                 /*
769                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
770                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
771                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
772                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
773                  * lists
774                  */
775                 do {
776                         batch_free++;
777                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
778                                 migratetype = 0;
779                         list = &pcp->lists[migratetype];
780                 } while (list_empty(list));
781
782                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
783                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
784                         batch_free = to_free;
785
786                 do {
787                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
788
789                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
790                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
791                         list_del(&page->lru);
792                         mt = get_freepage_migratetype(page);
793                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
794                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
795
796                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
797                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
798                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
799                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
800         }
801         spin_unlock(&zone->lock);
802 }
803
804 static void free_one_page(struct zone *zone,
805                                 struct page *page, unsigned long pfn,
806                                 unsigned int order,
807                                 int migratetype)
808 {
809         unsigned long nr_scanned;
810         spin_lock(&zone->lock);
811         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
812         if (nr_scanned)
813                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
814
815         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
816                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
817                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
818         }
819         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
820         spin_unlock(&zone->lock);
821 }
822
823 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
824 {
825         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
826                 return 0;
827         if (unlikely(!PageTail(page))) {
828                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
829                 return 1;
830         }
831         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
832                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
833                 return 1;
834         }
835         return 0;
836 }
837
838 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
839                                 unsigned long zone, int nid)
840 {
841         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
842         init_page_count(page);
843         page_mapcount_reset(page);
844         page_cpupid_reset_last(page);
845
846         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
847 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
848         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
849         if (!is_highmem_idx(zone))
850                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
851 #endif
852 }
853
854 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
855                                         int nid)
856 {
857         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
858 }
859
860 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
861 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
862 {
863         pg_data_t *pgdat;
864         int nid, zid;
865
866         if (!early_page_uninitialised(pfn))
867                 return;
868
869         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
870         pgdat = NODE_DATA(nid);
871
872         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
873                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
874
875                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
876                         break;
877         }
878         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
879 }
880 #else
881 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
882 {
883 }
884 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
885
886 /*
887  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
888  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
889  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
890  * sent to the buddy page allocator.
891  */
892 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
893 {
894         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
895         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
896
897         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
898                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
899                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
900
901                         init_reserved_page(start_pfn);
902                         SetPageReserved(page);
903                 }
904         }
905 }
906
907 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
908 {
909         bool compound = PageCompound(page);
910         int i, bad = 0;
911
912         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
913         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
914
915         trace_mm_page_free(page, order);
916         kmemcheck_free_shadow(page, order);
917         kasan_free_pages(page, order);
918
919         if (PageAnon(page))
920                 page->mapping = NULL;
921         bad += free_pages_check(page);
922         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
923                 if (compound)
924                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
925                 bad += free_pages_check(page + i);
926         }
927         if (bad)
928                 return false;
929
930         reset_page_owner(page, order);
931
932         if (!PageHighMem(page)) {
933                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
934                                            PAGE_SIZE << order);
935                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
936                                            PAGE_SIZE << order);
937         }
938         arch_free_page(page, order);
939         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
940
941         return true;
942 }
943
944 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
945 {
946         unsigned long flags;
947         int migratetype;
948         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
949
950         if (!free_pages_prepare(page, order))
951                 return;
952
953         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
954         local_irq_save(flags);
955         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
956         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
957         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
958         local_irq_restore(flags);
959 }
960
961 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
962                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
963 {
964         unsigned int nr_pages = 1 << order;
965         struct page *p = page;
966         unsigned int loop;
967
968         prefetchw(p);
969         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
970                 prefetchw(p + 1);
971                 __ClearPageReserved(p);
972                 set_page_count(p, 0);
973         }
974         __ClearPageReserved(p);
975         set_page_count(p, 0);
976
977         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
978         set_page_refcounted(page);
979         __free_pages(page, order);
980 }
981
982 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
983         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
984 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
985 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
986
987 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
988 {
989         int nid;
990
991         /* The system will behave unpredictably otherwise */
992         BUG_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);
993
994         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
995         if (nid >= 0)
996                 return nid;
997         /* just returns 0 */
998         return 0;
999 }
1000 #endif
1001
1002 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1003 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1004                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1005 {
1006         int nid;
1007
1008         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1009         if (nid >= 0 && nid != node)
1010                 return false;
1011         return true;
1012 }
1013
1014 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1015 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1016 {
1017         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1018 }
1019
1020 #else
1021
1022 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1023 {
1024         return true;
1025 }
1026 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1027                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1028 {
1029         return true;
1030 }
1031 #endif
1032
1033
1034 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1035                                                         unsigned int order)
1036 {
1037         if (early_page_uninitialised(pfn))
1038                 return;
1039         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1040 }
1041
1042 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1043 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1044                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1045 {
1046         int i;
1047
1048         if (!page)
1049                 return;
1050
1051         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1052         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1053             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1054                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1055                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1056                 return;
1057         }
1058
1059         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1060                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1061 }
1062
1063 static __initdata DECLARE_RWSEM(pgdat_init_rwsem);
1064
1065 /* Initialise remaining memory on a node */
1066 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1067 {
1068         pg_data_t *pgdat = data;
1069         int nid = pgdat->node_id;
1070         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1071         unsigned long start = jiffies;
1072         unsigned long nr_pages = 0;
1073         unsigned long walk_start, walk_end;
1074         int i, zid;
1075         struct zone *zone;
1076         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1077         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1078
1079         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1080                 up_read(&pgdat_init_rwsem);
1081                 return 0;
1082         }
1083
1084         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1085         if (!cpumask_empty(cpumask))
1086                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1087
1088         /* Sanity check boundaries */
1089         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1090         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1091         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1092
1093         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1094         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1095                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1096                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1097                         break;
1098         }
1099
1100         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1101                 unsigned long pfn, end_pfn;
1102                 struct page *page = NULL;
1103                 struct page *free_base_page = NULL;
1104                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1105                 int nr_to_free = 0;
1106
1107                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1108                 pfn = first_init_pfn;
1109                 if (pfn < walk_start)
1110                         pfn = walk_start;
1111                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1112                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1113
1114                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1115                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1116                                 goto free_range;
1117
1118                         /*
1119                          * Ensure pfn_valid is checked every
1120                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1121                          */
1122                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1123                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1124                                         page = NULL;
1125                                         goto free_range;
1126                                 }
1127                         }
1128
1129                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1130                                 page = NULL;
1131                                 goto free_range;
1132                         }
1133
1134                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1135                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1136                                 page++;
1137                         } else {
1138                                 nr_pages += nr_to_free;
1139                                 deferred_free_range(free_base_page,
1140                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1141                                 free_base_page = NULL;
1142                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1143
1144                                 page = pfn_to_page(pfn);
1145                                 cond_resched();
1146                         }
1147
1148                         if (page->flags) {
1149                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1150                                 goto free_range;
1151                         }
1152
1153                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1154                         if (!free_base_page) {
1155                                 free_base_page = page;
1156                                 free_base_pfn = pfn;
1157                                 nr_to_free = 0;
1158                         }
1159                         nr_to_free++;
1160
1161                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1162                         continue;
1163 free_range:
1164                         /* Free the current block of pages to allocator */
1165                         nr_pages += nr_to_free;
1166                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1167                                                                 nr_to_free);
1168                         free_base_page = NULL;
1169                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1170                 }
1171
1172                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1173         }
1174
1175         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1176         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1177
1178         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1179                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1180         up_read(&pgdat_init_rwsem);
1181         return 0;
1182 }
1183
1184 void __init page_alloc_init_late(void)
1185 {
1186         int nid;
1187
1188         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1189                 down_read(&pgdat_init_rwsem);
1190                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1191         }
1192
1193         /* Block until all are initialised */
1194         down_write(&pgdat_init_rwsem);
1195         up_write(&pgdat_init_rwsem);
1196 }
1197 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1198
1199 #ifdef CONFIG_CMA
1200 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1201 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1202 {
1203         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1204         struct page *p = page;
1205
1206         do {
1207                 __ClearPageReserved(p);
1208                 set_page_count(p, 0);
1209         } while (++p, --i);
1210
1211         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1212
1213         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1214                 i = pageblock_nr_pages;
1215                 p = page;
1216                 do {
1217                         set_page_refcounted(p);
1218                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1219                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1220                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1221         } else {
1222                 set_page_refcounted(page);
1223                 __free_pages(page, pageblock_order);
1224         }
1225
1226         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1227 }
1228 #endif
1229
1230 /*
1231  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1232  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1233  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1234  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1235  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1236  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1237  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1238  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1239  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1240  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1241  *
1242  * -- nyc
1243  */
1244 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1245         int low, int high, struct free_area *area,
1246         int migratetype)
1247 {
1248         unsigned long size = 1 << high;
1249
1250         while (high > low) {
1251                 area--;
1252                 high--;
1253                 size >>= 1;
1254                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1255
1256                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1257                         debug_guardpage_enabled() &&
1258                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1259                         /*
1260                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1261                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1262                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1263                          * pages will stay not present in virtual address space
1264                          */
1265                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1266                         continue;
1267                 }
1268                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1269                 area->nr_free++;
1270                 set_page_order(&page[size], high);
1271         }
1272 }
1273
1274 /*
1275  * This page is about to be returned from the page allocator
1276  */
1277 static inline int check_new_page(struct page *page)
1278 {
1279         const char *bad_reason = NULL;
1280         unsigned long bad_flags = 0;
1281
1282         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1283                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1284         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1285                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1286         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1287                 bad_reason = "nonzero _count";
1288         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1289                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1290                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1291         }
1292 #ifdef CONFIG_MEMCG
1293         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1294                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1295 #endif
1296         if (unlikely(bad_reason)) {
1297                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1298                 return 1;
1299         }
1300         return 0;
1301 }
1302
1303 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1304                                                                 int alloc_flags)
1305 {
1306         int i;
1307
1308         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1309                 struct page *p = page + i;
1310                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1311                         return 1;
1312         }
1313
1314         set_page_private(page, 0);
1315         set_page_refcounted(page);
1316
1317         arch_alloc_page(page, order);
1318         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1319         kasan_alloc_pages(page, order);
1320
1321         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1322                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1323                         clear_highpage(page + i);
1324
1325         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1326                 prep_compound_page(page, order);
1327
1328         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1329
1330         /*
1331          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1332          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1333          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1334          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1335          */
1336         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1337
1338         return 0;
1339 }
1340
1341 /*
1342  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1343  * the smallest available page from the freelists
1344  */
1345 static inline
1346 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1347                                                 int migratetype)
1348 {
1349         unsigned int current_order;
1350         struct free_area *area;
1351         struct page *page;
1352
1353         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1354         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1355                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1356                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1357                         continue;
1358
1359                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1360                                                         struct page, lru);
1361                 list_del(&page->lru);
1362                 rmv_page_order(page);
1363                 area->nr_free--;
1364                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1365                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1366                 return page;
1367         }
1368
1369         return NULL;
1370 }
1371
1372
1373 /*
1374  * This array describes the order lists are fallen back to when
1375  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1376  */
1377 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1378         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1379         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1380         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1381 #ifdef CONFIG_CMA
1382         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1383 #endif
1384         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1385 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1386         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1387 #endif
1388 };
1389
1390 #ifdef CONFIG_CMA
1391 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1392                                         unsigned int order)
1393 {
1394         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1395 }
1396 #else
1397 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1398                                         unsigned int order) { return NULL; }
1399 #endif
1400
1401 /*
1402  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1403  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1404  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1405  */
1406 int move_freepages(struct zone *zone,
1407                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1408                           int migratetype)
1409 {
1410         struct page *page;
1411         unsigned long order;
1412         int pages_moved = 0;
1413
1414 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1415         /*
1416          * page_zone is not safe to call in this context when
1417          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1418          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1419          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1420          * grouping pages by mobility
1421          */
1422         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1423 #endif
1424
1425         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1426                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1427                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1428
1429                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1430                         page++;
1431                         continue;
1432                 }
1433
1434                 if (!PageBuddy(page)) {
1435                         page++;
1436                         continue;
1437                 }
1438
1439                 order = page_order(page);
1440                 list_move(&page->lru,
1441                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1442                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1443                 page += 1 << order;
1444                 pages_moved += 1 << order;
1445         }
1446
1447         return pages_moved;
1448 }
1449
1450 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1451                                 int migratetype)
1452 {
1453         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1454         struct page *start_page, *end_page;
1455
1456         start_pfn = page_to_pfn(page);
1457         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1458         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1459         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1460         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1461
1462         /* Do not cross zone boundaries */
1463         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1464                 start_page = page;
1465         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1466                 return 0;
1467
1468         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1469 }
1470
1471 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1472                                         int start_order, int migratetype)
1473 {
1474         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1475
1476         while (nr_pageblocks--) {
1477                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1478                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1479         }
1480 }
1481
1482 /*
1483  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1484  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1485  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1486  *
1487  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1488  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1489  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1490  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1491  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1492  * pageblocks.
1493  */
1494 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1495 {
1496         /*
1497          * Leaving this order check is intended, although there is
1498          * relaxed order check in next check. The reason is that
1499          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1500          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1501          * so could be changed anytime.
1502          */
1503         if (order >= pageblock_order)
1504                 return true;
1505
1506         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1507                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1508                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1509                 page_group_by_mobility_disabled)
1510                 return true;
1511
1512         return false;
1513 }
1514
1515 /*
1516  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1517  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1518  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1519  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1520  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1521  */
1522 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1523                                                           int start_type)
1524 {
1525         int current_order = page_order(page);
1526         int pages;
1527
1528         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1529         if (current_order >= pageblock_order) {
1530                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1531                 return;
1532         }
1533
1534         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1535
1536         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1537         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1538                         page_group_by_mobility_disabled)
1539                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1540 }
1541
1542 /*
1543  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1544  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1545  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1546  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1547  */
1548 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1549                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1550 {
1551         int i;
1552         int fallback_mt;
1553
1554         if (area->nr_free == 0)
1555                 return -1;
1556
1557         *can_steal = false;
1558         for (i = 0;; i++) {
1559                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1560                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1561                         break;
1562
1563                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1564                         continue;
1565
1566                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1567                         *can_steal = true;
1568
1569                 if (!only_stealable)
1570                         return fallback_mt;
1571
1572                 if (*can_steal)
1573                         return fallback_mt;
1574         }
1575
1576         return -1;
1577 }
1578
1579 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1580 static inline struct page *
1581 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1582 {
1583         struct free_area *area;
1584         unsigned int current_order;
1585         struct page *page;
1586         int fallback_mt;
1587         bool can_steal;
1588
1589         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1590         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1591                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1592                                 --current_order) {
1593                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1594                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1595                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1596                 if (fallback_mt == -1)
1597                         continue;
1598
1599                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1600                                                 struct page, lru);
1601                 if (can_steal)
1602                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1603
1604                 /* Remove the page from the freelists */
1605                 area->nr_free--;
1606                 list_del(&page->lru);
1607                 rmv_page_order(page);
1608
1609                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1610                                         start_migratetype);
1611                 /*
1612                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1613                  * migratetype depending on the decisions in
1614                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1615                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1616                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1617                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1618                  */
1619                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1620
1621                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1622                         start_migratetype, fallback_mt);
1623
1624                 return page;
1625         }
1626
1627         return NULL;
1628 }
1629
1630 /*
1631  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1632  * Call me with the zone->lock already held.
1633  */
1634 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1635                                                 int migratetype)
1636 {
1637         struct page *page;
1638
1639 retry_reserve:
1640         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1641
1642         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1643                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1644                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1645
1646                 if (!page)
1647                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1648
1649                 /*
1650                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1651                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1652                  * and we want just one call site
1653                  */
1654                 if (!page) {
1655                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1656                         goto retry_reserve;
1657                 }
1658         }
1659
1660         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1661         return page;
1662 }
1663
1664 /*
1665  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1666  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1667  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1668  */
1669 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1670                         unsigned long count, struct list_head *list,
1671                         int migratetype, bool cold)
1672 {
1673         int i;
1674
1675         spin_lock(&zone->lock);
1676         for (i = 0; i < count; ++i) {
1677                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1678                 if (unlikely(page == NULL))
1679                         break;
1680
1681                 /*
1682                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1683                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1684                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1685                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1686                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1687                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1688                  * properly.
1689                  */
1690                 if (likely(!cold))
1691                         list_add(&page->lru, list);
1692                 else
1693                         list_add_tail(&page->lru, list);
1694                 list = &page->lru;
1695                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1696                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1697                                               -(1 << order));
1698         }
1699         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1700         spin_unlock(&zone->lock);
1701         return i;
1702 }
1703
1704 #ifdef CONFIG_NUMA
1705 /*
1706  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1707  * currently executing processor on remote nodes after they have
1708  * expired.
1709  *
1710  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1711  * a single processor.
1712  */
1713 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1714 {
1715         unsigned long flags;
1716         int to_drain, batch;
1717
1718         local_irq_save(flags);
1719         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1720         to_drain = min(pcp->count, batch);
1721         if (to_drain > 0) {
1722                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1723                 pcp->count -= to_drain;
1724         }
1725         local_irq_restore(flags);
1726 }
1727 #endif
1728
1729 /*
1730  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1731  *
1732  * The processor must either be the current processor and the
1733  * thread pinned to the current processor or a processor that
1734  * is not online.
1735  */
1736 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1737 {
1738         unsigned long flags;
1739         struct per_cpu_pageset *pset;
1740         struct per_cpu_pages *pcp;
1741
1742         local_irq_save(flags);
1743         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1744
1745         pcp = &pset->pcp;
1746         if (pcp->count) {
1747                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1748                 pcp->count = 0;
1749         }
1750         local_irq_restore(flags);
1751 }
1752
1753 /*
1754  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1755  *
1756  * The processor must either be the current processor and the
1757  * thread pinned to the current processor or a processor that
1758  * is not online.
1759  */
1760 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1761 {
1762         struct zone *zone;
1763
1764         for_each_populated_zone(zone) {
1765                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1766         }
1767 }
1768
1769 /*
1770  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1771  *
1772  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1773  * the single zone's pages.
1774  */
1775 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1776 {
1777         int cpu = smp_processor_id();
1778
1779         if (zone)
1780                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1781         else
1782                 drain_pages(cpu);
1783 }
1784
1785 /*
1786  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1787  *
1788  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1789  *
1790  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1791  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1792  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1793  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1794  * before the call to on_each_cpu_mask().
1795  */
1796 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1797 {
1798         int cpu;
1799
1800         /*
1801          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1802          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1803          */
1804         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1805
1806         /*
1807          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1808          * as offline notification will cause the notified
1809          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1810          * disables preemption as part of its processing
1811          */
1812         for_each_online_cpu(cpu) {
1813                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1814                 struct zone *z;
1815                 bool has_pcps = false;
1816
1817                 if (zone) {
1818                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1819                         if (pcp->pcp.count)
1820                                 has_pcps = true;
1821                 } else {
1822                         for_each_populated_zone(z) {
1823                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1824                                 if (pcp->pcp.count) {
1825                                         has_pcps = true;
1826                                         break;
1827                                 }
1828                         }
1829                 }
1830
1831                 if (has_pcps)
1832                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1833                 else
1834                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1835         }
1836         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1837                                                                 zone, 1);
1838 }
1839
1840 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1841
1842 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1843 {
1844         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1845         unsigned long flags;
1846         unsigned int order, t;
1847         struct list_head *curr;
1848
1849         if (zone_is_empty(zone))
1850                 return;
1851
1852         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1853
1854         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1855         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1856                 if (pfn_valid(pfn)) {
1857                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1858
1859                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1860                                 swsusp_unset_page_free(page);
1861                 }
1862
1863         for_each_migratetype_order(order, t) {
1864                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1865                         unsigned long i;
1866
1867                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1868                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1869                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1870                 }
1871         }
1872         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1873 }
1874 #endif /* CONFIG_PM */
1875
1876 /*
1877  * Free a 0-order page
1878  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1879  */
1880 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1881 {
1882         struct zone *zone = page_zone(page);
1883         struct per_cpu_pages *pcp;
1884         unsigned long flags;
1885         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1886         int migratetype;
1887
1888         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1889                 return;
1890
1891         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1892         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1893         local_irq_save(flags);
1894         __count_vm_event(PGFREE);
1895
1896         /*
1897          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1898          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1899          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1900          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1901          * excessively into the page allocator
1902          */
1903         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1904                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1905                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1906                         goto out;
1907                 }
1908                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1909         }
1910
1911         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1912         if (!cold)
1913                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1914         else
1915                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1916         pcp->count++;
1917         if (pcp->count >= pcp->high) {
1918                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1919                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1920                 pcp->count -= batch;
1921         }
1922
1923 out:
1924         local_irq_restore(flags);
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Free a list of 0-order pages
1929  */
1930 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1931 {
1932         struct page *page, *next;
1933
1934         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1935                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1936                 free_hot_cold_page(page, cold);
1937         }
1938 }
1939
1940 /*
1941  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1942  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1943  * Each sub-page must be freed individually.
1944  *
1945  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1946  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1947  */
1948 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1949 {
1950         int i;
1951         gfp_t gfp_mask;
1952
1953         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1954         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1955
1956 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1957         /*
1958          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1959          * otherwise free the whole shadow.
1960          */
1961         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1962                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1963 #endif
1964
1965         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
1966         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
1967         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1968                 set_page_refcounted(page + i);
1969                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
1970         }
1971 }
1972 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1973
1974 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1975 {
1976         unsigned long watermark;
1977         struct zone *zone;
1978         int mt;
1979
1980         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1981
1982         zone = page_zone(page);
1983         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1984
1985         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1986                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1987                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1988                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1989                         return 0;
1990
1991                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1992         }
1993
1994         /* Remove page from free list */
1995         list_del(&page->lru);
1996         zone->free_area[order].nr_free--;
1997         rmv_page_order(page);
1998
1999         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2000
2001         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2002         if (order >= pageblock_order - 1) {
2003                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2004                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2005                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2006                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2007                                 set_pageblock_migratetype(page,
2008                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2009                 }
2010         }
2011
2012
2013         return 1UL << order;
2014 }
2015
2016 /*
2017  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2018  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2019  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2020  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2021  * are enabled.
2022  *
2023  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2024  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2025  */
2026 int split_free_page(struct page *page)
2027 {
2028         unsigned int order;
2029         int nr_pages;
2030
2031         order = page_order(page);
2032
2033         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2034         if (!nr_pages)
2035                 return 0;
2036
2037         /* Split into individual pages */
2038         set_page_refcounted(page);
2039         split_page(page, order);
2040         return nr_pages;
2041 }
2042
2043 /*
2044  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2045  */
2046 static inline
2047 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2048                         struct zone *zone, unsigned int order,
2049                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2050 {
2051         unsigned long flags;
2052         struct page *page;
2053         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2054
2055         if (likely(order == 0)) {
2056                 struct per_cpu_pages *pcp;
2057                 struct list_head *list;
2058
2059                 local_irq_save(flags);
2060                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2061                 list = &pcp->lists[migratetype];
2062                 if (list_empty(list)) {
2063                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2064                                         pcp->batch, list,
2065                                         migratetype, cold);
2066                         if (unlikely(list_empty(list)))
2067                                 goto failed;
2068                 }
2069
2070                 if (cold)
2071                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2072                 else
2073                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2074
2075                 list_del(&page->lru);
2076                 pcp->count--;
2077         } else {
2078                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2079                         /*
2080                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2081                          *
2082                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2083                          * properly detect and handle allocation failures.
2084                          *
2085                          * We most definitely don't want callers attempting to
2086                          * allocate greater than order-1 page units with
2087                          * __GFP_NOFAIL.
2088                          */
2089                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2090                 }
2091                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2092                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2093                 spin_unlock(&zone->lock);
2094                 if (!page)
2095                         goto failed;
2096                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2097                                           get_freepage_migratetype(page));
2098         }
2099
2100         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2101         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2102             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2103                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2104
2105         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2106         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2107         local_irq_restore(flags);
2108
2109         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2110         return page;
2111
2112 failed:
2113         local_irq_restore(flags);
2114         return NULL;
2115 }
2116
2117 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2118
2119 static struct {
2120         struct fault_attr attr;
2121
2122         u32 ignore_gfp_highmem;
2123         u32 ignore_gfp_wait;
2124         u32 min_order;
2125 } fail_page_alloc = {
2126         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2127         .ignore_gfp_wait = 1,
2128         .ignore_gfp_highmem = 1,
2129         .min_order = 1,
2130 };
2131
2132 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2133 {
2134         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2135 }
2136 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2137
2138 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2139 {
2140         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2141                 return false;
2142         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2143                 return false;
2144         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2145                 return false;
2146         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
2147                 return false;
2148
2149         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2150 }
2151
2152 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2153
2154 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2155 {
2156         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2157         struct dentry *dir;
2158
2159         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2160                                         &fail_page_alloc.attr);
2161         if (IS_ERR(dir))
2162                 return PTR_ERR(dir);
2163
2164         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2165                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
2166                 goto fail;
2167         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2168                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2169                 goto fail;
2170         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2171                                 &fail_page_alloc.min_order))
2172                 goto fail;
2173
2174         return 0;
2175 fail:
2176         debugfs_remove_recursive(dir);
2177
2178         return -ENOMEM;
2179 }
2180
2181 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2182
2183 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2184
2185 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2186
2187 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2188 {
2189         return false;
2190 }
2191
2192 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2193
2194 /*
2195  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
2196  * of the allocation.
2197  */
2198 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2199                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2200                         long free_pages)
2201 {
2202         /* free_pages may go negative - that's OK */
2203         long min = mark;
2204         int o;
2205         long free_cma = 0;
2206
2207         free_pages -= (1 << order) - 1;
2208         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2209                 min -= min / 2;
2210         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
2211                 min -= min / 4;
2212 #ifdef CONFIG_CMA
2213         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2214         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2215                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2216 #endif
2217
2218         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2219                 return false;
2220         for (o = 0; o < order; o++) {
2221                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
2222                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
2223
2224                 /* Require fewer higher order pages to be free */
2225                 min >>= 1;
2226
2227                 if (free_pages <= min)
2228                         return false;
2229         }
2230         return true;
2231 }
2232
2233 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2234                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2235 {
2236         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2237                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2238 }
2239
2240 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2241                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
2242 {
2243         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2244
2245         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2246                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2247
2248         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2249                                                                 free_pages);
2250 }
2251
2252 #ifdef CONFIG_NUMA
2253 /*
2254  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
2255  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
2256  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
2257  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
2258  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
2259  *
2260  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
2261  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
2262  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
2263  *
2264  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
2265  * nothing and returns NULL.
2266  *
2267  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
2268  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
2269  *
2270  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
2271  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
2272  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
2273  * quickly as we can.
2274  */
2275 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2276 {
2277         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2278         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
2279
2280         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2281         if (!zlc)
2282                 return NULL;
2283
2284         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
2285                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2286                 zlc->last_full_zap = jiffies;
2287         }
2288
2289         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
2290                                         &cpuset_current_mems_allowed :
2291                                         &node_states[N_MEMORY];
2292         return allowednodes;
2293 }
2294
2295 /*
2296  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
2297  * if it is worth looking at further for free memory:
2298  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
2299  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
2300  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
2301  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
2302  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
2303  * else return false (zero) if it is not.
2304  *
2305  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
2306  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
2307  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
2308  * be considered full for up to one second by all requests, unless
2309  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
2310  * into the second scan of the zonelist.
2311  *
2312  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
2313  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
2314  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
2315  * unturned looking for a free page.
2316  */
2317 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2318                                                 nodemask_t *allowednodes)
2319 {
2320         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2321         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2322         int n;                          /* node that zone *z is on */
2323
2324         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2325         if (!zlc)
2326                 return 1;
2327
2328         i = z - zonelist->_zonerefs;
2329         n = zlc->z_to_n[i];
2330
2331         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
2332         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
2333 }
2334
2335 /*
2336  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
2337  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
2338  * from that zone don't waste time re-examining it.
2339  */
2340 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2341 {
2342         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2343         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2344
2345         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2346         if (!zlc)
2347                 return;
2348
2349         i = z - zonelist->_zonerefs;
2350
2351         set_bit(i, zlc->fullzones);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2356  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2357  */
2358 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2359 {
2360         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2361
2362         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2363         if (!zlc)
2364                 return;
2365
2366         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2367 }
2368
2369 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2370 {
2371         return local_zone->node == zone->node;
2372 }
2373
2374 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2375 {
2376         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2377                                 RECLAIM_DISTANCE;
2378 }
2379
2380 #else   /* CONFIG_NUMA */
2381
2382 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2383 {
2384         return NULL;
2385 }
2386
2387 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2388                                 nodemask_t *allowednodes)
2389 {
2390         return 1;
2391 }
2392
2393 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2394 {
2395 }
2396
2397 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2398 {
2399 }
2400
2401 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2402 {
2403         return true;
2404 }
2405
2406 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2407 {
2408         return true;
2409 }
2410
2411 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2412
2413 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2414 {
2415         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2416
2417         do {
2418                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2419                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2420                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2421                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2422         } while (zone++ != preferred_zone);
2423 }
2424
2425 /*
2426  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2427  * a page.
2428  */
2429 static struct page *
2430 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2431                                                 const struct alloc_context *ac)
2432 {
2433         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2434         struct zoneref *z;
2435         struct page *page = NULL;
2436         struct zone *zone;
2437         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2438         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2439         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2440         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2441                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2442         int nr_fair_skipped = 0;
2443         bool zonelist_rescan;
2444
2445 zonelist_scan:
2446         zonelist_rescan = false;
2447
2448         /*
2449          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2450          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2451          */
2452         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2453                                                                 ac->nodemask) {
2454                 unsigned long mark;
2455
2456                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2457                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2458                                 continue;
2459                 if (cpusets_enabled() &&
2460                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2461                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2462                                 continue;
2463                 /*
2464                  * Distribute pages in proportion to the individual
2465                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2466                  * page was allocated in should have no effect on the
2467                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2468                  */
2469                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2470                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2471                                 break;
2472                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2473                                 nr_fair_skipped++;
2474                                 continue;
2475                         }
2476                 }
2477                 /*
2478                  * When allocating a page cache page for writing, we
2479                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2480                  * limit, such that no single zone holds more than its
2481                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2482                  * The dirty limits take into account the zone's
2483                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2484                  * should be able to balance it without having to
2485                  * write pages from its LRU list.
2486                  *
2487                  * This may look like it could increase pressure on
2488                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2489                  * before they are full.  But the pages that do spill
2490                  * over are limited as the lower zones are protected
2491                  * by this very same mechanism.  It should not become
2492                  * a practical burden to them.
2493                  *
2494                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2495                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2496                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2497                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2498                  * zones are together not big enough to reach the
2499                  * global limit.  The proper fix for these situations
2500                  * will require awareness of zones in the
2501                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2502                  */
2503                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2504                         continue;
2505
2506                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2507                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2508                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2509                         int ret;
2510
2511                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2512                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2513                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2514                                 goto try_this_zone;
2515
2516                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2517                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2518                                 /*
2519                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2520                                  * and before considering the first zone allowed
2521                                  * by the cpuset.
2522                                  */
2523                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2524                                 zlc_active = 1;
2525                                 did_zlc_setup = 1;
2526                         }
2527
2528                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2529                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2530                                 goto this_zone_full;
2531
2532                         /*
2533                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2534                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2535                          */
2536                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2537                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2538                                 continue;
2539
2540                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2541                         switch (ret) {
2542                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2543                                 /* did not scan */
2544                                 continue;
2545                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2546                                 /* scanned but unreclaimable */
2547                                 continue;
2548                         default:
2549                                 /* did we reclaim enough */
2550                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2551                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2552                                         goto try_this_zone;
2553
2554                                 /*
2555                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2556                                  * Only mark the zone full if checking the min
2557                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2558                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2559                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2560                                  * when the watermark is between the low and
2561                                  * min watermarks.
2562                                  */
2563                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2564                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2565                                         goto this_zone_full;
2566
2567                                 continue;
2568                         }
2569                 }
2570
2571 try_this_zone:
2572                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2573                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2574                 if (page) {
2575                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2576                                 goto try_this_zone;
2577                         return page;
2578                 }
2579 this_zone_full:
2580                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2581                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2582         }
2583
2584         /*
2585          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2586          * local node.  However, the local node might have free pages left
2587          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2588          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2589          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2590          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2591          */
2592         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2593                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2594                 if (nr_fair_skipped) {
2595                         zonelist_rescan = true;
2596                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2597                 }
2598                 if (nr_online_nodes > 1)
2599                         zonelist_rescan = true;
2600         }
2601
2602         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2603                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2604                 zlc_active = 0;
2605                 zonelist_rescan = true;
2606         }
2607
2608         if (zonelist_rescan)
2609                 goto zonelist_scan;
2610
2611         return NULL;
2612 }
2613
2614 /*
2615  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2616  * meminfo in irq context.
2617  */
2618 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2619 {
2620         bool ret = false;
2621
2622 #if NODES_SHIFT > 8
2623         ret = in_interrupt();
2624 #endif
2625         return ret;
2626 }
2627
2628 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2629                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2630                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2631
2632 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2633 {
2634         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2635
2636         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2637             debug_guardpage_minorder() > 0)
2638                 return;
2639
2640         /*
2641          * This documents exceptions given to allocations in certain
2642          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2643          * of allowed nodes.
2644          */
2645         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2646                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2647                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2648                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2649         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2650                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2651
2652         if (fmt) {
2653                 struct va_format vaf;
2654                 va_list args;
2655
2656                 va_start(args, fmt);
2657
2658                 vaf.fmt = fmt;
2659                 vaf.va = &args;
2660
2661                 pr_warn("%pV", &vaf);
2662
2663                 va_end(args);
2664         }
2665
2666         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2667                 current->comm, order, gfp_mask);
2668
2669         dump_stack();
2670         if (!should_suppress_show_mem())
2671                 show_mem(filter);
2672 }
2673
2674 static inline struct page *
2675 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2676         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2677 {
2678         struct page *page;
2679
2680         *did_some_progress = 0;
2681
2682         /*
2683          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2684          * making progress for us.
2685          */
2686         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2687                 *did_some_progress = 1;
2688                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2689                 return NULL;
2690         }
2691
2692         /*
2693          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2694          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2695          * we're still under heavy pressure.
2696          */
2697         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2698                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2699         if (page)
2700                 goto out;
2701
2702         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2703                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2704                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2705                         goto out;
2706                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2707                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2708                         goto out;
2709                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2710                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2711                         goto out;
2712                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2713                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2714                         /*
2715                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2716                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2717                          * keep looping as per tradition.
2718                          */
2719                         *did_some_progress = 1;
2720                         goto out;
2721                 }
2722                 if (pm_suspended_storage())
2723                         goto out;
2724                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2725                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2726                         goto out;
2727         }
2728         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2729         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2730                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2731                 *did_some_progress = 1;
2732 out:
2733         mutex_unlock(&oom_lock);
2734         return page;
2735 }
2736
2737 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2738 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2739 static struct page *
2740 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2741                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2742                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2743                 bool *deferred_compaction)
2744 {
2745         unsigned long compact_result;
2746         struct page *page;
2747
2748         if (!order)
2749                 return NULL;
2750
2751         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2752         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2753                                                 mode, contended_compaction);
2754         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2755
2756         switch (compact_result) {
2757         case COMPACT_DEFERRED:
2758                 *deferred_compaction = true;
2759                 /* fall-through */
2760         case COMPACT_SKIPPED:
2761                 return NULL;
2762         default:
2763                 break;
2764         }
2765
2766         /*
2767          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2768          * count a compaction stall
2769          */
2770         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2771
2772         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2773                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2774
2775         if (page) {
2776                 struct zone *zone = page_zone(page);
2777
2778                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2779                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2780                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2781                 return page;
2782         }
2783
2784         /*
2785          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2786          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2787          */
2788         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2789
2790         cond_resched();
2791
2792         return NULL;
2793 }
2794 #else
2795 static inline struct page *
2796 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2797                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2798                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2799                 bool *deferred_compaction)
2800 {
2801         return NULL;
2802 }
2803 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2804
2805 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2806 static int
2807 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2808                                         const struct alloc_context *ac)
2809 {
2810         struct reclaim_state reclaim_state;
2811         int progress;
2812
2813         cond_resched();
2814
2815         /* We now go into synchronous reclaim */
2816         cpuset_memory_pressure_bump();
2817         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2818         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2819         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2820         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2821
2822         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2823                                                                 ac->nodemask);
2824
2825         current->reclaim_state = NULL;
2826         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2827         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2828
2829         cond_resched();
2830
2831         return progress;
2832 }
2833
2834 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2835 static inline struct page *
2836 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2837                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2838                 unsigned long *did_some_progress)
2839 {
2840         struct page *page = NULL;
2841         bool drained = false;
2842
2843         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2844         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2845                 return NULL;
2846
2847         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2848         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2849                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2850
2851 retry:
2852         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2853                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2854
2855         /*
2856          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2857          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2858          */
2859         if (!page && !drained) {
2860                 drain_all_pages(NULL);
2861                 drained = true;
2862                 goto retry;
2863         }
2864
2865         return page;
2866 }
2867
2868 /*
2869  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2870  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2871  */
2872 static inline struct page *
2873 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2874                                 const struct alloc_context *ac)
2875 {
2876         struct page *page;
2877
2878         do {
2879                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2880                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2881
2882                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2883                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2884                                                                         HZ/50);
2885         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2886
2887         return page;
2888 }
2889
2890 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2891 {
2892         struct zoneref *z;
2893         struct zone *zone;
2894
2895         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2896                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2897                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2898 }
2899
2900 static inline int
2901 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2902 {
2903         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2904         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2905
2906         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2907         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2908
2909         /*
2910          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2911          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2912          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2913          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2914          */
2915         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2916
2917         if (atomic) {
2918                 /*
2919                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2920                  * if it can't schedule.
2921                  */
2922                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2923                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2924                 /*
2925                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2926                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2927                  */
2928                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2929         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2930                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2931
2932         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2933                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2934                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2935                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2936                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2937                 else if (!in_interrupt() &&
2938                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2939                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2940                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2941         }
2942 #ifdef CONFIG_CMA
2943         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2944                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2945 #endif
2946         return alloc_flags;
2947 }
2948
2949 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2950 {
2951         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2952 }
2953
2954 static inline struct page *
2955 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2956                                                 struct alloc_context *ac)
2957 {
2958         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2959         struct page *page = NULL;
2960         int alloc_flags;
2961         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2962         unsigned long did_some_progress;
2963         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2964         bool deferred_compaction = false;
2965         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2966
2967         /*
2968          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2969          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2970          * be using allocators in order of preference for an area that is
2971          * too large.
2972          */
2973         if (order >= MAX_ORDER) {
2974                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2975                 return NULL;
2976         }
2977
2978         /*
2979          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2980          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2981          * speculative node-specific allocation.
2982          */
2983         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2984                 goto nopage;
2985
2986 retry:
2987         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2988                 wake_all_kswapds(order, ac);
2989
2990         /*
2991          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2992          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2993          * to how we want to proceed.
2994          */
2995         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2996
2997         /*
2998          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2999          * cpusets.
3000          */
3001         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3002                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3003                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3004                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3005                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3006         }
3007
3008         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3009         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3010                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3011         if (page)
3012                 goto got_pg;
3013
3014         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3015         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3016                 /*
3017                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3018                  * the allocation is high priority and these type of
3019                  * allocations are system rather than user orientated
3020                  */
3021                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3022
3023                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3024
3025                 if (page) {
3026                         goto got_pg;
3027                 }
3028         }
3029
3030         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
3031         if (!wait) {
3032                 /*
3033                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3034                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3035                  * type of allocation to fail.
3036                  */
3037                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3038                 goto nopage;
3039         }
3040
3041         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3042         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3043                 goto nopage;
3044
3045         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3046         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3047                 goto nopage;
3048
3049         /*
3050          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3051          * attempts after direct reclaim are synchronous
3052          */
3053         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3054                                         migration_mode,
3055                                         &contended_compaction,
3056                                         &deferred_compaction);
3057         if (page)
3058                 goto got_pg;
3059
3060         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3061         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
3062                 /*
3063                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3064                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3065                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3066                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3067                  * instead of entering direct reclaim.
3068                  */
3069                 if (deferred_compaction)
3070                         goto nopage;
3071
3072                 /*
3073                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3074                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3075                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3076                  * so we fallback to base pages instead.
3077                  */
3078                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3079                         goto nopage;
3080
3081                 /*
3082                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3083                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3084                  * khugepaged trying to collapse.
3085                  */
3086                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3087                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3088                         goto nopage;
3089         }
3090
3091         /*
3092          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3093          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3094          * khugepaged trying to collapse.
3095          */
3096         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
3097                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
3098                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3099
3100         /* Try direct reclaim and then allocating */
3101         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3102                                                         &did_some_progress);
3103         if (page)
3104                 goto got_pg;
3105
3106         /* Do not loop if specifically requested */
3107         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3108                 goto noretry;
3109
3110         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3111         pages_reclaimed += did_some_progress;
3112         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3113             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3114                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3115                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3116                 goto retry;
3117         }
3118
3119         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3120         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3121         if (page)
3122                 goto got_pg;
3123
3124         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3125         if (did_some_progress)
3126                 goto retry;
3127
3128 noretry:
3129         /*
3130          * High-order allocations do not necessarily loop after
3131          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3132          * being called after reclaim so call directly if necessary
3133          */
3134         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3135                                             ac, migration_mode,
3136                                             &contended_compaction,
3137                                             &deferred_compaction);
3138         if (page)
3139                 goto got_pg;
3140 nopage:
3141         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3142 got_pg:
3143         return page;
3144 }
3145
3146 /*
3147  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3148  */
3149 struct page *
3150 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3151                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3152 {
3153         struct zoneref *preferred_zoneref;
3154         struct page *page = NULL;
3155         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3156         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3157         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3158         struct alloc_context ac = {
3159                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3160                 .nodemask = nodemask,
3161                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3162         };
3163
3164         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3165
3166         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3167
3168         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
3169
3170         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3171                 return NULL;
3172
3173         /*
3174          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3175          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3176          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3177          */
3178         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3179                 return NULL;
3180
3181         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3182                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3183
3184 retry_cpuset:
3185         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3186
3187         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3188         ac.zonelist = zonelist;
3189         /* The preferred zone is used for statistics later */
3190         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3191                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3192                                 &ac.preferred_zone);
3193         if (!ac.preferred_zone)
3194                 goto out;
3195         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3196
3197         /* First allocation attempt */
3198         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3199         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3200         if (unlikely(!page)) {
3201                 /*
3202                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3203                  * can deadlock because I/O on the device might not
3204                  * complete.
3205                  */
3206                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3207
3208                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3209         }
3210
3211         if (kmemcheck_enabled && page)
3212                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3213
3214         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3215
3216 out:
3217         /*
3218          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3219          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3220          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3221          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3222          */
3223         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3224                 goto retry_cpuset;
3225
3226         return page;
3227 }
3228 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3229
3230 /*
3231  * Common helper functions.
3232  */
3233 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3234 {
3235         struct page *page;
3236
3237         /*
3238          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3239          * a highmem page
3240          */
3241         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3242
3243         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3244         if (!page)
3245                 return 0;
3246         return (unsigned long) page_address(page);
3247 }
3248 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3249
3250 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3251 {
3252         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3253 }
3254 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3255
3256 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3257 {
3258         if (put_page_testzero(page)) {
3259                 if (order == 0)
3260                         free_hot_cold_page(page, false);
3261                 else
3262                         __free_pages_ok(page, order);
3263         }
3264 }
3265
3266 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3267
3268 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3269 {
3270         if (addr != 0) {
3271                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3272                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3273         }
3274 }
3275
3276 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3277
3278 /*
3279  * Page Fragment:
3280  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3281  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3282  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3283  *
3284  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3285  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3286  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3287  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3288  */
3289 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3290                                        gfp_t gfp_mask)
3291 {
3292         struct page *page = NULL;
3293         gfp_t gfp = gfp_mask;
3294
3295 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3296         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3297                     __GFP_NOMEMALLOC;
3298         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3299                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3300         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3301 #endif
3302         if (unlikely(!page))
3303                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3304
3305         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3306
3307         return page;
3308 }
3309
3310 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3311                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3312 {
3313         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3314         struct page *page;
3315         int offset;
3316
3317         if (unlikely(!nc->va)) {
3318 refill:
3319                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3320                 if (!page)
3321                         return NULL;
3322
3323 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3324                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3325                 size = nc->size;
3326 #endif
3327                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3328                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3329                  */
3330                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3331
3332                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3333                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3334                 nc->pagecnt_bias = size;
3335                 nc->offset = size;
3336         }
3337
3338         offset = nc->offset - fragsz;
3339         if (unlikely(offset < 0)) {
3340                 page = virt_to_page(nc->va);
3341
3342                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3343                         goto refill;
3344
3345 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3346                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3347                 size = nc->size;
3348 #endif
3349                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3350                 atomic_set(&page->_count, size);
3351
3352                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3353                 nc->pagecnt_bias = size;
3354                 offset = size - fragsz;
3355         }
3356
3357         nc->pagecnt_bias--;
3358         nc->offset = offset;
3359
3360         return nc->va + offset;
3361 }
3362 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3363
3364 /*
3365  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3366  */
3367 void __free_page_frag(void *addr)
3368 {
3369         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3370
3371         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3372                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3373 }
3374 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3375
3376 /*
3377  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3378  * of the current memory cgroup.
3379  *
3380  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3381  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3382  */
3383 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3384 {
3385         struct page *page;
3386         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3387
3388         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3389                 return NULL;
3390         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3391         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3392         return page;
3393 }
3394
3395 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3396 {
3397         struct page *page;
3398         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3399
3400         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3401                 return NULL;
3402         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3403         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3404         return page;
3405 }
3406
3407 /*
3408  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3409  * alloc_kmem_pages.
3410  */
3411 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3412 {
3413         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3414         __free_pages(page, order);
3415 }
3416
3417 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3418 {
3419         if (addr != 0) {
3420                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3421                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3422         }
3423 }
3424
3425 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3426 {
3427         if (addr) {
3428                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3429                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3430
3431                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3432                 while (used < alloc_end) {
3433                         free_page(used);
3434                         used += PAGE_SIZE;
3435                 }
3436         }
3437         return (void *)addr;
3438 }
3439
3440 /**
3441  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3442  * @size: the number of bytes to allocate
3443  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3444  *
3445  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3446  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3447  * allocate memory in power-of-two pages.
3448  *
3449  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3450  *
3451  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3452  */
3453 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3454 {
3455         unsigned int order = get_order(size);
3456         unsigned long addr;
3457
3458         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3459         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3460 }
3461 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3462
3463 /**
3464  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3465  *                         pages on a node.
3466  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3467  * @size: the number of bytes to allocate
3468  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3469  *
3470  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3471  * back.
3472  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3473  * but is not exact.
3474  */
3475 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3476 {
3477         unsigned order = get_order(size);
3478         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3479         if (!p)
3480                 return NULL;
3481         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3482 }
3483
3484 /**
3485  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3486  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3487  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3488  *
3489  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3490  */
3491 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3492 {
3493         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3494         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3495
3496         while (addr < end) {
3497                 free_page(addr);
3498                 addr += PAGE_SIZE;
3499         }
3500 }
3501 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3502
3503 /**
3504  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3505  * @offset: The zone index of the highest zone
3506  *
3507  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3508  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3509  * zone, the number of pages is calculated as:
3510  *     managed_pages - high_pages
3511  */
3512 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3513 {
3514         struct zoneref *z;
3515         struct zone *zone;
3516
3517         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3518         unsigned long sum = 0;
3519
3520         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3521
3522         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3523                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3524                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3525                 if (size > high)
3526                         sum += size - high;
3527         }
3528
3529         return sum;
3530 }
3531
3532 /**
3533  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3534  *
3535  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3536  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3537  */
3538 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3539 {
3540         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3541 }
3542 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3543
3544 /**
3545  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3546  *
3547  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3548  * high watermark within all zones.
3549  */
3550 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3551 {
3552         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3553 }
3554
3555 static inline void show_node(struct zone *zone)
3556 {
3557         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3558                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3559 }
3560
3561 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3562 {
3563         val->totalram = totalram_pages;
3564         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3565         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3566         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3567         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3568         val->freehigh = nr_free_highpages();
3569         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3570 }
3571
3572 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3573
3574 #ifdef CONFIG_NUMA
3575 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3576 {
3577         int zone_type;          /* needs to be signed */
3578         unsigned long managed_pages = 0;
3579         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3580
3581         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3582                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3583         val->totalram = managed_pages;
3584         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3585         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3586 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3587         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3588         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3589                         NR_FREE_PAGES);
3590 #else
3591         val->totalhigh = 0;
3592         val->freehigh = 0;
3593 #endif
3594         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3595 }
3596 #endif
3597
3598 /*
3599  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3600  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3601  */
3602 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3603 {
3604         bool ret = false;
3605         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3606
3607         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3608                 goto out;
3609
3610         do {
3611                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3612                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3613         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3614 out:
3615         return ret;
3616 }
3617
3618 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3619
3620 static void show_migration_types(unsigned char type)
3621 {
3622         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3623                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3624                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3625                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3626                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3627 #ifdef CONFIG_CMA
3628                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3629 #endif
3630 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3631                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3632 #endif
3633         };
3634         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3635         char *p = tmp;
3636         int i;
3637
3638         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3639                 if (type & (1 << i))
3640                         *p++ = types[i];
3641         }
3642
3643         *p = '\0';
3644         printk("(%s) ", tmp);
3645 }
3646
3647 /*
3648  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3649  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3650  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3651  *
3652  * Bits in @filter:
3653  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3654  *   cpuset.
3655  */
3656 void show_free_areas(unsigned int filter)
3657 {
3658         unsigned long free_pcp = 0;
3659         int cpu;
3660         struct zone *zone;
3661
3662         for_each_populated_zone(zone) {
3663                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3664                         continue;
3665
3666                 for_each_online_cpu(cpu)
3667                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3668         }
3669
3670         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3671                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3672                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3673                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3674                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3675                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3676                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3677                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3678                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3679                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3680                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3681                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3682                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3683                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3684                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3685                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3686                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3687                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3688                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3689                 global_page_state(NR_SHMEM),
3690                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3691                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3692                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3693                 free_pcp,
3694                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3695
3696         for_each_populated_zone(zone) {
3697                 int i;
3698
3699                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3700                         continue;
3701
3702                 free_pcp = 0;
3703                 for_each_online_cpu(cpu)
3704                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3705
3706                 show_node(zone);
3707                 printk("%s"
3708                         " free:%lukB"
3709                         " min:%lukB"
3710                         " low:%lukB"
3711                         " high:%lukB"
3712                         " active_anon:%lukB"
3713                         " inactive_anon:%lukB"
3714                         " active_file:%lukB"
3715                         " inactive_file:%lukB"
3716                         " unevictable:%lukB"
3717                         " isolated(anon):%lukB"
3718                         " isolated(file):%lukB"
3719                         " present:%lukB"
3720                         " managed:%lukB"
3721                         " mlocked:%lukB"
3722                         " dirty:%lukB"
3723                         " writeback:%lukB"
3724                         " mapped:%lukB"
3725                         " shmem:%lukB"
3726                         " slab_reclaimable:%lukB"
3727                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3728                         " kernel_stack:%lukB"
3729                         " pagetables:%lukB"
3730                         " unstable:%lukB"
3731                         " bounce:%lukB"
3732                         " free_pcp:%lukB"
3733                         " local_pcp:%ukB"
3734                         " free_cma:%lukB"
3735                         " writeback_tmp:%lukB"
3736                         " pages_scanned:%lu"
3737                         " all_unreclaimable? %s"
3738                         "\n",
3739                         zone->name,
3740                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3741                         K(min_wmark_pages(zone)),
3742                         K(low_wmark_pages(zone)),
3743                         K(high_wmark_pages(zone)),
3744                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3745                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3746                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3747                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3748                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3749                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3750                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3751                         K(zone->present_pages),
3752                         K(zone->managed_pages),
3753                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3754                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3755                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3756                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3757                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3758                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3759                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3760                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3761                                 THREAD_SIZE / 1024,
3762                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3763                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3764                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3765                         K(free_pcp),
3766                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3767                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3768                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3769                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3770                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3771                         );
3772                 printk("lowmem_reserve[]:");
3773                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3774                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3775                 printk("\n");
3776         }
3777
3778         for_each_populated_zone(zone) {
3779                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3780                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3781
3782                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3783                         continue;
3784                 show_node(zone);
3785                 printk("%s: ", zone->name);
3786
3787                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3788                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3789                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3790                         int type;
3791
3792                         nr[order] = area->nr_free;
3793                         total += nr[order] << order;
3794
3795                         types[order] = 0;
3796                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3797                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3798                                         types[order] |= 1 << type;
3799                         }
3800                 }
3801                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3802                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3803                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3804                         if (nr[order])
3805                                 show_migration_types(types[order]);
3806                 }
3807                 printk("= %lukB\n", K(total));
3808         }
3809
3810         hugetlb_show_meminfo();
3811
3812         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3813
3814         show_swap_cache_info();
3815 }
3816
3817 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3818 {
3819         zoneref->zone = zone;
3820         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3821 }
3822
3823 /*
3824  * Builds allocation fallback zone lists.
3825  *
3826  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3827  */
3828 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3829                                 int nr_zones)
3830 {
3831         struct zone *zone;
3832         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3833
3834         do {
3835                 zone_type--;
3836                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3837                 if (populated_zone(zone)) {
3838                         zoneref_set_zone(zone,
3839                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3840                         check_highest_zone(zone_type);
3841                 }
3842         } while (zone_type);
3843
3844         return nr_zones;
3845 }
3846
3847
3848 /*
3849  *  zonelist_order:
3850  *  0 = automatic detection of better ordering.
3851  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3852  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3853  *
3854  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3855  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3856  */
3857 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3858 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3859 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3860
3861 /* zonelist order in the kernel.
3862  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3863  */
3864 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3865 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3866
3867
3868 #ifdef CONFIG_NUMA
3869 /* The value user specified ....changed by config */
3870 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3871 /* string for sysctl */
3872 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3873 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3874
3875 /*
3876  * interface for configure zonelist ordering.
3877  * command line option "numa_zonelist_order"
3878  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3879  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3880  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3881  */
3882
3883 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3884 {
3885         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3886                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3887         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3888                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3889         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3890                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3891         } else {
3892                 printk(KERN_WARNING
3893                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3894                         "%s\n", s);
3895                 return -EINVAL;
3896         }
3897         return 0;
3898 }
3899
3900 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3901 {
3902         int ret;
3903
3904         if (!s)
3905                 return 0;
3906
3907         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3908         if (ret == 0)
3909                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3910
3911         return ret;
3912 }
3913 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3914
3915 /*
3916  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3917  */
3918 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3919                 void __user *buffer, size_t *length,
3920                 loff_t *ppos)
3921 {
3922         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3923         int ret;
3924         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3925
3926         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3927         if (write) {
3928                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3929                         ret = -EINVAL;
3930                         goto out;
3931                 }
3932                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3933         }
3934         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3935         if (ret)
3936                 goto out;
3937         if (write) {
3938                 int oldval = user_zonelist_order;
3939
3940                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3941                 if (ret) {
3942                         /*
3943                          * bogus value.  restore saved string
3944                          */
3945                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3946                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3947                         user_zonelist_order = oldval;
3948                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3949                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3950                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3951                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3952                 }
3953         }
3954 out:
3955         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3956         return ret;
3957 }
3958
3959
3960 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3961 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3962
3963 /**
3964  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3965  * @node: node whose fallback list we're appending
3966  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3967  *
3968  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3969  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3970  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3971  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3972  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3973  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3974  * on them otherwise.
3975  * It returns -1 if no node is found.
3976  */
3977 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3978 {
3979         int n, val;
3980         int min_val = INT_MAX;
3981         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3982         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3983
3984         /* Use the local node if we haven't already */
3985         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3986                 node_set(node, *used_node_mask);
3987                 return node;
3988         }
3989
3990         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3991
3992                 /* Don't want a node to appear more than once */
3993                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3994                         continue;
3995
3996                 /* Use the distance array to find the distance */
3997                 val = node_distance(node, n);
3998
3999                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4000                 val += (n < node);
4001
4002                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4003                 tmp = cpumask_of_node(n);
4004                 if (!cpumask_empty(tmp))
4005                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4006
4007                 /* Slight preference for less loaded node */
4008                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4009                 val += node_load[n];
4010
4011                 if (val < min_val) {
4012                         min_val = val;
4013                         best_node = n;
4014                 }
4015         }
4016
4017         if (best_node >= 0)
4018                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4019
4020         return best_node;
4021 }
4022
4023
4024 /*
4025  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4026  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4027  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4028  */
4029 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4030 {
4031         int j;
4032         struct zonelist *zonelist;
4033
4034         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4035         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4036                 ;
4037         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4038         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4039         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4040 }
4041
4042 /*
4043  * Build gfp_thisnode zonelists
4044  */
4045 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4046 {
4047         int j;
4048         struct zonelist *zonelist;
4049
4050         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4051         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4052         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4053         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4054 }
4055
4056 /*
4057  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4058  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4059  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4060  * may still exist in local DMA zone.
4061  */
4062 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4063
4064 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4065 {
4066         int pos, j, node;
4067         int zone_type;          /* needs to be signed */
4068         struct zone *z;
4069         struct zonelist *zonelist;
4070
4071         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4072         pos = 0;
4073         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4074                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4075                         node = node_order[j];
4076                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4077                         if (populated_zone(z)) {
4078                                 zoneref_set_zone(z,
4079                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4080                                 check_highest_zone(zone_type);
4081                         }
4082                 }
4083         }
4084         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4085         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4086 }
4087
4088 #if defined(CONFIG_64BIT)
4089 /*
4090  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4091  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4092  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4093  */
4094 static int default_zonelist_order(void)
4095 {
4096         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4097 }
4098 #else
4099 /*
4100  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4101  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4102  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4103  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4104  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4105  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4106  */
4107 static int default_zonelist_order(void)
4108 {
4109         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4110 }
4111 #endif /* CONFIG_64BIT */
4112
4113 static void set_zonelist_order(void)
4114 {
4115         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4116                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4117         else
4118                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4119 }
4120
4121 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4122 {
4123         int j, node, load;
4124         enum zone_type i;
4125         nodemask_t used_mask;
4126         int local_node, prev_node;
4127         struct zonelist *zonelist;
4128         int order = current_zonelist_order;
4129
4130         /* initialize zonelists */
4131         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4132                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4133                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4134                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4135         }
4136
4137         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4138         local_node = pgdat->node_id;
4139         load = nr_online_nodes;
4140         prev_node = local_node;
4141         nodes_clear(used_mask);
4142
4143         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4144         j = 0;
4145
4146         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4147                 /*
4148                  * We don't want to pressure a particular node.
4149                  * So adding penalty to the first node in same
4150                  * distance group to make it round-robin.
4151                  */
4152                 if (node_distance(local_node, node) !=
4153                     node_distance(local_node, prev_node))
4154                         node_load[node] = load;
4155
4156                 prev_node = node;
4157                 load--;
4158                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4159                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4160                 else
4161                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4162         }
4163
4164         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4165                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4166                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4167         }
4168
4169         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4170 }
4171
4172 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
4173 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4174 {
4175         struct zonelist *zonelist;
4176         struct zonelist_cache *zlc;
4177         struct zoneref *z;
4178
4179         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4180         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
4181         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
4182         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
4183                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
4184 }
4185
4186 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4187 /*
4188  * Return node id of node used for "local" allocations.
4189  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4190  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4191  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4192  */
4193 int local_memory_node(int node)
4194 {
4195         struct zone *zone;
4196
4197         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4198                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4199                                    NULL,
4200                                    &zone);
4201         return zone->node;
4202 }
4203 #endif
4204
4205 #else   /* CONFIG_NUMA */
4206
4207 static void set_zonelist_order(void)
4208 {
4209         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4210 }
4211
4212 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4213 {
4214         int node, local_node;
4215         enum zone_type j;
4216         struct zonelist *zonelist;
4217
4218         local_node = pgdat->node_id;
4219
4220         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4221         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4222
4223         /*
4224          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4225          * of all the other nodes.
4226          * We don't want to pressure a particular node, so when
4227          * building the zones for node N, we make sure that the
4228          * zones coming right after the local ones are those from
4229          * node N+1 (modulo N)
4230          */
4231         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4232                 if (!node_online(node))
4233                         continue;
4234                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4235         }
4236         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4237                 if (!node_online(node))
4238                         continue;
4239                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4240         }
4241
4242         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4243         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4244 }
4245
4246 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
4247 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4248 {
4249         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
4250 }
4251
4252 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4253
4254 /*
4255  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4256  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4257  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4258  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4259  * with interrupts disabled.
4260  *
4261  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4262  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4263  * hotplugged processors.
4264  *
4265  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4266  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4267  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4268  */
4269 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4270 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4271 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4272
4273 /*
4274  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4275  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4276  */
4277 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4278
4279 /* return values int ....just for stop_machine() */
4280 static int __build_all_zonelists(void *data)
4281 {
4282         int nid;
4283         int cpu;
4284         pg_data_t *self = data;
4285
4286 #ifdef CONFIG_NUMA
4287         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4288 #endif
4289
4290         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4291                 build_zonelists(self);
4292                 build_zonelist_cache(self);
4293         }
4294
4295         for_each_online_node(nid) {
4296                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4297
4298                 build_zonelists(pgdat);
4299                 build_zonelist_cache(pgdat);
4300         }
4301
4302         /*
4303          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4304          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4305          * each zone will be allocated later when the per cpu
4306          * allocator is available.
4307          *
4308          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4309          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4310          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4311          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4312          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4313          * (a chicken-egg dilemma).
4314          */
4315         for_each_possible_cpu(cpu) {
4316                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4317
4318 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4319                 /*
4320                  * We now know the "local memory node" for each node--
4321                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4322                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4323                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4324                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4325                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4326                  */
4327                 if (cpu_online(cpu))
4328                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4329 #endif
4330         }
4331
4332         return 0;
4333 }
4334
4335 static noinline void __init
4336 build_all_zonelists_init(void)
4337 {
4338         __build_all_zonelists(NULL);
4339         mminit_verify_zonelist();
4340         cpuset_init_current_mems_allowed();
4341 }
4342
4343 /*
4344  * Called with zonelists_mutex held always
4345  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4346  *
4347  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4348  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4349  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4350  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4351  */
4352 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4353 {
4354         set_zonelist_order();
4355
4356         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4357                 build_all_zonelists_init();
4358         } else {
4359 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4360                 if (zone)
4361                         setup_zone_pageset(zone);
4362 #endif
4363                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4364                    of zonelist */
4365                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4366                 /* cpuset refresh routine should be here */
4367         }
4368         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4369         /*
4370          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4371          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4372          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4373          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4374          * disabled and enable it later
4375          */
4376         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4377                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4378         else
4379                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4380
4381         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4382                 "Total pages: %ld\n",
4383                         nr_online_nodes,
4384                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4385                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4386                         vm_total_pages);
4387 #ifdef CONFIG_NUMA
4388         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4389 #endif
4390 }
4391
4392 /*
4393  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4394  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4395  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4396  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4397  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4398  * conservative, even though it seems large.
4399  *
4400  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4401  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4402  */
4403 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4404
4405 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4406 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4407 {
4408         unsigned long size = 1;
4409
4410         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4411
4412         while (size < pages)
4413                 size <<= 1;
4414
4415         /*
4416          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4417          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4418          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4419          */
4420         size = min(size, 4096UL);
4421
4422         return max(size, 4UL);
4423 }
4424 #else
4425 /*
4426  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4427  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4428  *
4429  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4430  *
4431  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4432  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4433  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4434  *
4435  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4436  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4437  *
4438  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4439  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4440  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4441  */
4442 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4443 {
4444         return 4096UL;
4445 }
4446 #endif
4447
4448 /*
4449  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4450  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4451  * hash function before the remainder is taken.
4452  */
4453 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4454 {
4455         return ffz(~size);
4456 }
4457
4458 /*
4459  * Check if a pageblock contains reserved pages
4460  */
4461 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4462 {
4463         unsigned long pfn;
4464
4465         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4466                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4467                         return 1;
4468         }
4469         return 0;
4470 }
4471
4472 /*
4473  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4474  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4475  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4476  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4477  * blocks as reclaim kicks in
4478  */
4479 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4480 {
4481         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4482         struct page *page;
4483         unsigned long block_migratetype;
4484         int reserve;
4485         int old_reserve;
4486
4487         /*
4488          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4489          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4490          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4491          * the block.
4492          */
4493         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4494         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4495         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4496         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4497                                                         pageblock_order;
4498
4499         /*
4500          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4501          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4502          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4503          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4504          * future allocation of hugepages at runtime.
4505          */
4506         reserve = min(2, reserve);
4507         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4508
4509         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4510         if (reserve == old_reserve)
4511                 return;
4512         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4513
4514         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4515                 if (!early_page_nid_uninitialised(pfn, zone_to_nid(zone)))
4516                         return;
4517
4518                 if (!pfn_valid(pfn))
4519                         continue;
4520                 page = pfn_to_page(pfn);
4521
4522                 /* Watch out for overlapping nodes */
4523                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4524                         continue;
4525
4526                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4527
4528                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4529                 if (reserve > 0) {
4530                         /*
4531                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4532                          * them.
4533                          */
4534                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4535                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4536                                 continue;
4537
4538                         /* If this block is reserved, account for it */
4539                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4540                                 reserve--;
4541                                 continue;
4542                         }
4543
4544                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4545                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4546                                 set_pageblock_migratetype(page,
4547                                                         MIGRATE_RESERVE);
4548                                 move_freepages_block(zone, page,
4549                                                         MIGRATE_RESERVE);
4550                                 reserve--;
4551                                 continue;
4552                         }
4553                 } else if (!old_reserve) {
4554                         /*
4555                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4556                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4557                          */
4558                         break;
4559                 }
4560
4561                 /*
4562                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4563                  * take it back
4564                  */
4565                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4566                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4567                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4568                 }
4569         }
4570 }
4571
4572 /*
4573  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4574  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4575  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4576  */
4577 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4578                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4579 {
4580         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4581         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4582         unsigned long pfn;
4583         struct zone *z;
4584         unsigned long nr_initialised = 0;
4585
4586         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4587                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4588
4589         z = &pgdat->node_zones[zone];
4590         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4591                 /*
4592                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4593                  * handed to this function.  They do not
4594                  * exist on hotplugged memory.
4595                  */
4596                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4597                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4598                                 continue;
4599                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4600                                 continue;
4601                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4602                                                 &nr_initialised))
4603                                 break;
4604                 }
4605
4606                 /*
4607                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4608                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4609                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4610                  * the address space during boot when many long-lived
4611                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4612                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4613                  * setup_zone_migrate_reserve()
4614                  *
4615                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4616                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4617                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4618                  * pfn out of zone.
4619                  */
4620                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4621                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4622
4623                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4624                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4625                 } else {
4626                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4627                 }
4628         }
4629 }
4630
4631 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4632 {
4633         unsigned int order, t;
4634         for_each_migratetype_order(order, t) {
4635                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4636                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4637         }
4638 }
4639
4640 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4641 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4642         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4643 #endif
4644
4645 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4646 {
4647 #ifdef CONFIG_MMU
4648         int batch;
4649
4650         /*
4651          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4652          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4653          *
4654          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4655          */
4656         batch = zone->managed_pages / 1024;
4657         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4658                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4659         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4660         if (batch < 1)
4661                 batch = 1;
4662
4663         /*
4664          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4665          * of 2 value was found to be more likely to have
4666          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4667          *
4668          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4669          * batches of pages, one task can end up with a lot
4670          * of pages of one half of the possible page colors
4671          * and the other with pages of the other colors.
4672          */
4673         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4674
4675         return batch;
4676
4677 #else
4678         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4679          * conditions.
4680          *
4681          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4682          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4683          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4684          *
4685          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4686          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4687          * can be a significant delay between the individual batches being
4688          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4689          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4690          */
4691         return 0;
4692 #endif
4693 }
4694
4695 /*
4696  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4697  * ->batch must never be higher then ->high.
4698  * The following function updates them in a safe manner without read side
4699  * locking.
4700  *
4701  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4702  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4703  *
4704  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4705  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4706  * exist).
4707  */
4708 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4709                 unsigned long batch)
4710 {
4711        /* start with a fail safe value for batch */
4712         pcp->batch = 1;
4713         smp_wmb();
4714
4715        /* Update high, then batch, in order */
4716         pcp->high = high;
4717         smp_wmb();
4718
4719         pcp->batch = batch;
4720 }
4721
4722 /* a companion to pageset_set_high() */
4723 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4724 {
4725         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4726 }
4727
4728 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4729 {
4730         struct per_cpu_pages *pcp;
4731         int migratetype;
4732
4733         memset(p, 0, sizeof(*p));
4734
4735         pcp = &p->pcp;
4736         pcp->count = 0;
4737         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4738                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4739 }
4740
4741 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4742 {
4743         pageset_init(p);
4744         pageset_set_batch(p, batch);
4745 }
4746
4747 /*
4748  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4749  * to the value high for the pageset p.
4750  */
4751 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4752                                 unsigned long high)
4753 {
4754         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4755         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4756                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4757
4758         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4759 }
4760
4761 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4762                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4763 {
4764         if (percpu_pagelist_fraction)
4765                 pageset_set_high(pcp,
4766                         (zone->managed_pages /
4767                                 percpu_pagelist_fraction));
4768         else
4769                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4770 }
4771
4772 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4773 {
4774         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4775
4776         pageset_init(pcp);
4777         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4778 }
4779
4780 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4781 {
4782         int cpu;
4783         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4784         for_each_possible_cpu(cpu)
4785                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4786 }
4787
4788 /*
4789  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4790  * Before this call only boot pagesets were available.
4791  */
4792 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4793 {
4794         struct zone *zone;
4795
4796         for_each_populated_zone(zone)
4797                 setup_zone_pageset(zone);
4798 }
4799
4800 static noinline __init_refok
4801 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4802 {
4803         int i;
4804         size_t alloc_size;
4805
4806         /*
4807          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4808          * per zone.
4809          */
4810         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4811                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4812         zone->wait_table_bits =
4813                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4814         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4815                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4816
4817         if (!slab_is_available()) {
4818                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4819                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4820                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4821         } else {
4822                 /*
4823                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4824                  * via memory hot-add.
4825                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4826                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4827                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4828                  * node itself as well.
4829                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4830                  * necessary.
4831                  */
4832                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4833         }
4834         if (!zone->wait_table)
4835                 return -ENOMEM;
4836
4837         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4838                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4839
4840         return 0;
4841 }
4842
4843 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4844 {
4845         /*
4846          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4847          * relies on the ability of the linker to provide the
4848          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4849          */
4850         zone->pageset = &boot_pageset;
4851
4852         if (populated_zone(zone))
4853                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4854                         zone->name, zone->present_pages,
4855                                          zone_batchsize(zone));
4856 }
4857
4858 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4859                                         unsigned long zone_start_pfn,
4860                                         unsigned long size,
4861                                         enum memmap_context context)
4862 {
4863         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4864         int ret;
4865         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4866         if (ret)
4867                 return ret;
4868         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4869
4870         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4871
4872         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4873                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4874                         pgdat->node_id,
4875                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4876                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4877
4878         zone_init_free_lists(zone);
4879
4880         return 0;
4881 }
4882
4883 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4884 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4885
4886 /*
4887  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4888  */
4889 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4890                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4891 {
4892         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4893         int nid;
4894
4895         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4896                 return state->last_nid;
4897
4898         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4899         if (nid != -1) {
4900                 state->last_start = start_pfn;
4901                 state->last_end = end_pfn;
4902                 state->last_nid = nid;
4903         }
4904
4905         return nid;
4906 }
4907 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4908
4909 /**
4910  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4911  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4912  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4913  *
4914  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4915  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4916  * memblock_free_early_nid() manually.
4917  */
4918 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4919 {
4920         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4921         int i, this_nid;
4922
4923         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4924                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4925                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4926
4927                 if (start_pfn < end_pfn)
4928                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4929                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4930                                         this_nid);
4931         }
4932 }
4933
4934 /**
4935  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4936  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4937  *
4938  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4939  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4940  */
4941 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4942 {
4943         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4944         int i, this_nid;
4945
4946         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4947                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4948 }
4949
4950 /**
4951  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4952  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4953  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4954  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4955  *
4956  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4957  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4958  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4959  * PFNs will be 0.
4960  */
4961 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4962                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4963 {
4964         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4965         int i;
4966
4967         *start_pfn = -1UL;
4968         *end_pfn = 0;
4969
4970         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4971                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4972                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4973         }
4974
4975         if (*start_pfn == -1UL)
4976                 *start_pfn = 0;
4977 }
4978
4979 /*
4980  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4981  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4982  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4983  */
4984 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4985 {
4986         int zone_index;
4987         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4988                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4989                         continue;
4990
4991                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4992                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4993                         break;
4994         }
4995
4996         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4997         movable_zone = zone_index;
4998 }
4999
5000 /*
5001  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5002  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5003  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5004  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5005  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5006  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5007  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5008  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5009  */
5010 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5011                                         unsigned long zone_type,
5012                                         unsigned long node_start_pfn,
5013                                         unsigned long node_end_pfn,
5014                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5015                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5016 {
5017         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5018         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5019                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5020                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5021                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5022                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5023                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5024
5025                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5026                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5027                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5028                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5029
5030                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5031                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5032                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5033         }
5034 }
5035
5036 /*
5037  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5038  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5039  */
5040 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5041                                         unsigned long zone_type,
5042                                         unsigned long node_start_pfn,
5043                                         unsigned long node_end_pfn,
5044                                         unsigned long *ignored)
5045 {
5046         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5047
5048         /* Get the start and end of the zone */
5049         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5050         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5051         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5052                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5053                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5054
5055         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5056         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5057                 return 0;
5058
5059         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5060         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5061         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5062
5063         /* Return the spanned pages */
5064         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5065 }
5066
5067 /*
5068  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5069  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5070  */
5071 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5072                                 unsigned long range_start_pfn,
5073                                 unsigned long range_end_pfn)
5074 {
5075         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5076         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5077         int i;
5078
5079         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5080                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5081                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5082                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5083         }
5084         return nr_absent;
5085 }
5086
5087 /**
5088  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5089  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5090  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5091  *
5092  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5093  */
5094 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5095                                                         unsigned long end_pfn)
5096 {
5097         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5098 }
5099
5100 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5101 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5102                                         unsigned long zone_type,
5103                                         unsigned long node_start_pfn,
5104                                         unsigned long node_end_pfn,
5105                                         unsigned long *ignored)
5106 {
5107         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5108         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5109         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5110
5111         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5112         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5113
5114         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5115                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5116                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5117         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5118 }
5119
5120 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5121 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5122                                         unsigned long zone_type,
5123                                         unsigned long node_start_pfn,
5124                                         unsigned long node_end_pfn,
5125                                         unsigned long *zones_size)
5126 {
5127         return zones_size[zone_type];
5128 }
5129
5130 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5131                                                 unsigned long zone_type,
5132                                                 unsigned long node_start_pfn,
5133                                                 unsigned long node_end_pfn,
5134                                                 unsigned long *zholes_size)
5135 {
5136         if (!zholes_size)
5137                 return 0;
5138
5139         return zholes_size[zone_type];
5140 }
5141
5142 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5143
5144 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5145                                                 unsigned long node_start_pfn,
5146                                                 unsigned long node_end_pfn,
5147                                                 unsigned long *zones_size,
5148                                                 unsigned long *zholes_size)
5149 {
5150         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5151         enum zone_type i;
5152
5153         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5154                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5155                 unsigned long size, real_size;
5156
5157                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5158                                                   node_start_pfn,
5159                                                   node_end_pfn,
5160                                                   zones_size);
5161                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5162                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5163                                                   zholes_size);
5164                 zone->spanned_pages = size;
5165                 zone->present_pages = real_size;
5166
5167                 totalpages += size;
5168                 realtotalpages += real_size;
5169         }
5170
5171         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5172         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5173         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5174                                                         realtotalpages);
5175 }
5176
5177 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5178 /*
5179  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5180  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5181  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5182  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5183  * bytes.
5184  */
5185 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5186 {
5187         unsigned long usemapsize;
5188
5189         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5190         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5191         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5192         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5193         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5194
5195         return usemapsize / 8;
5196 }
5197
5198 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5199                                 struct zone *zone,
5200                                 unsigned long zone_start_pfn,
5201                                 unsigned long zonesize)
5202 {
5203         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5204         zone->pageblock_flags = NULL;
5205         if (usemapsize)
5206                 zone->pageblock_flags =
5207                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5208                                                          pgdat->node_id);
5209 }
5210 #else
5211 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5212                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5213 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5214
5215 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5216
5217 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5218 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5219 {
5220         unsigned int order;
5221
5222         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5223         if (pageblock_order)
5224                 return;
5225
5226         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5227                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5228         else
5229                 order = MAX_ORDER - 1;
5230
5231         /*
5232          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5233          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5234          * powerpc.
5235          */
5236         pageblock_order = order;
5237 }
5238 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5239
5240 /*
5241  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5242  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5243  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5244  * the kernel config
5245  */
5246 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5247 {
5248 }
5249
5250 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5251
5252 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5253                                                    unsigned long present_pages)
5254 {
5255         unsigned long pages = spanned_pages;
5256
5257         /*
5258          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5259          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5260          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5261          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5262          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5263          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5264          */
5265         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5266             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5267                 pages = present_pages;
5268
5269         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5270 }
5271
5272 /*
5273  * Set up the zone data structures:
5274  *   - mark all pages reserved
5275  *   - mark all memory queues empty
5276  *   - clear the memory bitmaps
5277  *
5278  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5279  */
5280 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
5281                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
5282 {
5283         enum zone_type j;
5284         int nid = pgdat->node_id;
5285         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5286         int ret;
5287
5288         pgdat_resize_init(pgdat);
5289 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5290         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5291         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5292         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5293 #endif
5294         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5295         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5296         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5297
5298         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5299                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5300                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5301
5302                 size = zone->spanned_pages;
5303                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5304
5305                 /*
5306                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5307                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5308                  * and per-cpu initialisations
5309                  */
5310                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5311                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5312                         if (freesize >= memmap_pages) {
5313                                 freesize -= memmap_pages;
5314                                 if (memmap_pages)
5315                                         printk(KERN_DEBUG
5316                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5317                                                zone_names[j], memmap_pages);
5318                         } else
5319                                 printk(KERN_WARNING
5320                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5321                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5322                 }
5323
5324                 /* Account for reserved pages */
5325                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5326                         freesize -= dma_reserve;
5327                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5328                                         zone_names[0], dma_reserve);
5329                 }
5330
5331                 if (!is_highmem_idx(j))
5332                         nr_kernel_pages += freesize;
5333                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5334                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5335                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5336                 nr_all_pages += freesize;
5337
5338                 /*
5339                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5340                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5341                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5342                  */
5343                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5344 #ifdef CONFIG_NUMA
5345                 zone->node = nid;
5346                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5347                                                 / 100;
5348                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5349 #endif
5350                 zone->name = zone_names[j];
5351                 spin_lock_init(&zone->lock);
5352                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5353                 zone_seqlock_init(zone);
5354                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5355                 zone_pcp_init(zone);
5356
5357                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5358                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5359
5360                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5361                 if (!size)
5362                         continue;
5363
5364                 set_pageblock_order();
5365                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5366                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5367                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5368                 BUG_ON(ret);
5369                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5370                 zone_start_pfn += size;
5371         }
5372 }
5373
5374 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5375 {
5376         /* Skip empty nodes */
5377         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5378                 return;
5379
5380 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5381         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5382         if (!pgdat->node_mem_map) {
5383                 unsigned long size, start, end;
5384                 struct page *map;
5385
5386                 /*
5387                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5388                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5389                  * for the buddy allocator to function correctly.
5390                  */
5391                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5392                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5393                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5394                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5395                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5396                 if (!map)
5397                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5398                                                                pgdat->node_id);
5399                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5400         }
5401 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5402         /*
5403          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5404          */
5405         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5406                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5407 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5408                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5409                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5410 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5411         }
5412 #endif
5413 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5414 }
5415
5416 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5417                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5418 {
5419         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5420         unsigned long start_pfn = 0;
5421         unsigned long end_pfn = 0;
5422
5423         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5424         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5425
5426         reset_deferred_meminit(pgdat);
5427         pgdat->node_id = nid;
5428         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5429 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5430         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5431         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5432                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5433 #endif
5434         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5435                                   zones_size, zholes_size);
5436
5437         alloc_node_mem_map(pgdat);
5438 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5439         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5440                 nid, (unsigned long)pgdat,
5441                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5442 #endif
5443
5444         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5445 }
5446
5447 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5448
5449 #if MAX_NUMNODES > 1
5450 /*
5451  * Figure out the number of possible node ids.
5452  */
5453 void __init setup_nr_node_ids(void)
5454 {
5455         unsigned int node;
5456         unsigned int highest = 0;
5457
5458         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5459                 highest = node;
5460         nr_node_ids = highest + 1;
5461 }
5462 #endif
5463
5464 /**
5465  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5466  *
5467  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5468  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5469  * all the nodes.
5470  *
5471  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5472  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5473  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5474  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5475  *
5476  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5477  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5478  * populated node map.
5479  *
5480  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5481  * requirement (single node).
5482  */
5483 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5484 {
5485         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5486         unsigned long start, end, mask;
5487         int last_nid = -1;
5488         int i, nid;
5489
5490         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5491                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5492                         last_nid = nid;
5493                         last_end = end;
5494                         continue;
5495                 }
5496
5497                 /*
5498                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5499                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5500                  * too coarse to separate the current node from the last.
5501                  */
5502                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5503                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5504                         mask <<= 1;
5505
5506                 /* accumulate all internode masks */
5507                 accl_mask |= mask;
5508         }
5509
5510         /* convert mask to number of pages */
5511         return ~accl_mask + 1;
5512 }
5513
5514 /* Find the lowest pfn for a node */
5515 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5516 {
5517         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5518         unsigned long start_pfn;
5519         int i;
5520
5521         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5522                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5523
5524         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5525                 printk(KERN_WARNING
5526                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5527                 return 0;
5528         }
5529
5530         return min_pfn;
5531 }
5532
5533 /**
5534  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5535  *
5536  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5537  * memblock_set_node().
5538  */
5539 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5540 {
5541         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5542 }
5543
5544 /*
5545  * early_calculate_totalpages()
5546  * Sum pages in active regions for movable zone.
5547  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5548  */
5549 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5550 {
5551         unsigned long totalpages = 0;
5552         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5553         int i, nid;
5554
5555         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5556                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5557
5558                 totalpages += pages;
5559                 if (pages)
5560                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5561         }
5562         return totalpages;
5563 }
5564
5565 /*
5566  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5567  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5568  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5569  * others
5570  */
5571 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5572 {
5573         int i, nid;
5574         unsigned long usable_startpfn;
5575         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5576         /* save the state before borrow the nodemask */
5577         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5578         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5579         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5580         struct memblock_region *r;
5581
5582         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5583         find_usable_zone_for_movable();
5584
5585         /*
5586          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5587          * options.
5588          */
5589         if (movable_node_is_enabled()) {
5590                 for_each_memblock(memory, r) {
5591                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5592                                 continue;
5593
5594                         nid = r->nid;
5595
5596                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5597                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5598                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5599                                 usable_startpfn;
5600                 }
5601
5602                 goto out2;
5603         }
5604
5605         /*
5606          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5607          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5608          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5609          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5610          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5611          * what movablecore would have allowed.
5612          */
5613         if (required_movablecore) {
5614                 unsigned long corepages;
5615
5616                 /*
5617                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5618                  * was requested by the user
5619                  */
5620                 required_movablecore =
5621                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5622                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5623
5624                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5625         }
5626
5627         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5628         if (!required_kernelcore)
5629                 goto out;
5630
5631         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5632         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5633
5634 restart:
5635         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5636         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5637         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5638                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5639
5640                 /*
5641                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5642                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5643                  * amount of memory for the kernel
5644                  */
5645                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5646                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5647
5648                 /*
5649                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5650                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5651                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5652                  */
5653                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5654
5655                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5656                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5657                         unsigned long size_pages;
5658
5659                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5660                         if (start_pfn >= end_pfn)
5661                                 continue;
5662
5663                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5664                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5665                                 unsigned long kernel_pages;
5666                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5667                                                                 - start_pfn;
5668
5669                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5670                                                         kernelcore_remaining);
5671                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5672                                                         required_kernelcore);
5673
5674                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5675                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5676
5677                                         /*
5678                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5679                                          * that if we have to rebalance
5680                                          * kernelcore across nodes, we will
5681                                          * not double account here
5682                                          */
5683                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5684                                         continue;
5685                                 }
5686                                 start_pfn = usable_startpfn;
5687                         }
5688
5689                         /*
5690                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5691                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5692                          * number of pages used as kernelcore
5693                          */
5694                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5695                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5696                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5697                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5698
5699                         /*
5700                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5701                          * break if the kernelcore for this node has been
5702                          * satisfied
5703                          */
5704                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5705                                                                 size_pages);
5706                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5707                         if (!kernelcore_remaining)
5708                                 break;
5709                 }
5710         }
5711
5712         /*
5713          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5714          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5715          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5716          * satisfied
5717          */
5718         usable_nodes--;
5719         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5720                 goto restart;
5721
5722 out2:
5723         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5724         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5725                 zone_movable_pfn[nid] =
5726                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5727
5728 out:
5729         /* restore the node_state */
5730         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5731 }
5732
5733 /* Any regular or high memory on that node ? */
5734 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5735 {
5736         enum zone_type zone_type;
5737
5738         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5739                 return;
5740
5741         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5742                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5743                 if (populated_zone(zone)) {
5744                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5745                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5746                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5747                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5748                         break;
5749                 }
5750         }
5751 }
5752
5753 /**
5754  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5755  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5756  *
5757  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5758  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5759  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5760  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5761  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5762  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5763  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5764  * at arch_max_dma_pfn.
5765  */
5766 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5767 {
5768         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5769         int i, nid;
5770
5771         /* Record where the zone boundaries are */
5772         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5773                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5774         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5775                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5776         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5777         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5778         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5779                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5780                         continue;
5781                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5782                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5783                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5784                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5785         }
5786         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5787         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5788
5789         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5790         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5791         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5792
5793         /* Print out the zone ranges */
5794         pr_info("Zone ranges:\n");
5795         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5796                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5797                         continue;
5798                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5799                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5800                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5801                         pr_cont("empty\n");
5802                 else
5803                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5804                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5805                                         << PAGE_SHIFT,
5806                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5807                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5808         }
5809
5810         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5811         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5812         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5813                 if (zone_movable_pfn[i])
5814                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5815                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5816         }
5817
5818         /* Print out the early node map */
5819         pr_info("Early memory node ranges\n");
5820         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5821                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5822                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5823                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5824
5825         /* Initialise every node */
5826         mminit_verify_pageflags_layout();
5827         setup_nr_node_ids();
5828         for_each_online_node(nid) {
5829                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5830                 free_area_init_node(nid, NULL,
5831                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5832
5833                 /* Any memory on that node */
5834                 if (pgdat->node_present_pages)
5835                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5836                 check_for_memory(pgdat, nid);
5837         }
5838 }
5839
5840 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5841 {
5842         unsigned long long coremem;
5843         if (!p)
5844                 return -EINVAL;
5845
5846         coremem = memparse(p, &p);
5847         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5848
5849         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5850         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5851
5852         return 0;
5853 }
5854
5855 /*
5856  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5857  * cannot be reclaimed or migrated.
5858  */
5859 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5860 {
5861         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5862 }
5863
5864 /*
5865  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5866  * can be reclaimed or migrated.
5867  */
5868 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5869 {
5870         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5871 }
5872
5873 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5874 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5875
5876 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5877
5878 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5879 {
5880         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5881         page_zone(page)->managed_pages += count;
5882         totalram_pages += count;
5883 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5884         if (PageHighMem(page))
5885                 totalhigh_pages += count;
5886 #endif
5887         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5888 }
5889 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5890
5891 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5892 {
5893         void *pos;
5894         unsigned long pages = 0;
5895
5896         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5897         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5898         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5899                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5900                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5901                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5902         }
5903
5904         if (pages && s)
5905                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5906                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5907
5908         return pages;
5909 }
5910 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5911
5912 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5913 void free_highmem_page(struct page *page)
5914 {
5915         __free_reserved_page(page);
5916         totalram_pages++;
5917         page_zone(page)->managed_pages++;
5918         totalhigh_pages++;
5919 }
5920 #endif
5921
5922
5923 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5924 {
5925         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5926         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5927
5928         physpages = get_num_physpages();
5929         codesize = _etext - _stext;
5930         datasize = _edata - _sdata;
5931         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5932         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5933         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5934         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5935
5936         /*
5937          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5938          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5939          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5940          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5941          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5942          */
5943 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5944         do { \
5945                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5946                         size -= adj; \
5947         } while (0)
5948
5949         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5950                      _sinittext, init_code_size);
5951         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5952         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5953         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5954         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5955
5956 #undef  adj_init_size
5957
5958         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5959                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5960                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5961 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5962                ", %luK highmem"
5963 #endif
5964                "%s%s)\n",
5965                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5966                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5967                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5968                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5969                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5970 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5971                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5972 #endif
5973                str ? ", " : "", str ? str : "");
5974 }
5975
5976 /**
5977  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5978  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5979  *
5980  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5981  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5982  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5983  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5984  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5985  * smaller per-cpu batchsize.
5986  */
5987 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5988 {
5989         dma_reserve = new_dma_reserve;
5990 }
5991
5992 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5993 {
5994         free_area_init_node(0, zones_size,
5995                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5996 }
5997
5998 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5999                                  unsigned long action, void *hcpu)
6000 {
6001         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6002
6003         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6004                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6005                 drain_pages(cpu);
6006
6007                 /*
6008                  * Spill the event counters of the dead processor
6009                  * into the current processors event counters.
6010                  * This artificially elevates the count of the current
6011                  * processor.
6012                  */
6013                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6014
6015                 /*
6016                  * Zero the differential counters of the dead processor
6017                  * so that the vm statistics are consistent.
6018                  *
6019                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6020                  * race with what we are doing.
6021                  */
6022                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6023         }
6024         return NOTIFY_OK;
6025 }
6026
6027 void __init page_alloc_init(void)
6028 {
6029         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6030 }
6031
6032 /*
6033  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
6034  *      or min_free_kbytes changes.
6035  */
6036 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6037 {
6038         struct pglist_data *pgdat;
6039         unsigned long reserve_pages = 0;
6040         enum zone_type i, j;
6041
6042         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6043                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6044                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6045                         long max = 0;
6046
6047                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6048                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6049                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6050                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6051                         }
6052
6053                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6054                         max += high_wmark_pages(zone);
6055
6056                         if (max > zone->managed_pages)
6057                                 max = zone->managed_pages;
6058                         reserve_pages += max;
6059                         /*
6060                          * Lowmem reserves are not available to
6061                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6062                          * kswapd tries to balance zones to their high
6063                          * watermark.  As a result, neither should be
6064                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6065                          * situation where reclaim has to clean pages
6066                          * in order to balance the zones.
6067                          */
6068                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6069                 }
6070         }
6071         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6072         totalreserve_pages = reserve_pages;
6073 }
6074
6075 /*
6076  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6077  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6078  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6079  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6080  */
6081 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6082 {
6083         struct pglist_data *pgdat;
6084         enum zone_type j, idx;
6085
6086         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6087                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6088                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6089                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6090
6091                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6092
6093                         idx = j;
6094                         while (idx) {
6095                                 struct zone *lower_zone;
6096
6097                                 idx--;
6098
6099                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6100                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6101
6102                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6103                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6104                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6105                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6106                         }
6107                 }
6108         }
6109
6110         /* update totalreserve_pages */
6111         calculate_totalreserve_pages();
6112 }
6113
6114 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6115 {
6116         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6117         unsigned long lowmem_pages = 0;
6118         struct zone *zone;
6119         unsigned long flags;
6120
6121         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6122         for_each_zone(zone) {
6123                 if (!is_highmem(zone))
6124                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6125         }
6126
6127         for_each_zone(zone) {
6128                 u64 tmp;
6129
6130                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6131                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6132                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6133                 if (is_highmem(zone)) {
6134                         /*
6135                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6136                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6137                          * value here.
6138                          *
6139                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6140                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6141                          * not be capped for highmem.
6142                          */
6143                         unsigned long min_pages;
6144
6145                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6146                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6147                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6148                 } else {
6149                         /*
6150                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6151                          * proportionate to the zone's size.
6152                          */
6153                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6154                 }
6155
6156                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6157                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6158
6159                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6160                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6161                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6162
6163                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
6164                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6165         }
6166
6167         /* update totalreserve_pages */
6168         calculate_totalreserve_pages();
6169 }
6170
6171 /**
6172  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6173  * or when memory is hot-{added|removed}
6174  *
6175  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6176  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6177  */
6178 void setup_per_zone_wmarks(void)
6179 {
6180         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6181         __setup_per_zone_wmarks();
6182         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6183 }
6184
6185 /*
6186  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6187  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6188  * to be referenced again before it is swapped out.
6189  *
6190  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6191  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6192  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6193  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6194  *
6195  * total     target    max
6196  * memory    ratio     inactive anon
6197  * -------------------------------------
6198  *   10MB       1         5MB
6199  *  100MB       1        50MB
6200  *    1GB       3       250MB
6201  *   10GB      10       0.9GB
6202  *  100GB      31         3GB
6203  *    1TB     101        10GB
6204  *   10TB     320        32GB
6205  */
6206 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6207 {
6208         unsigned int gb, ratio;
6209
6210         /* Zone size in gigabytes */
6211         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6212         if (gb)
6213                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6214         else
6215                 ratio = 1;
6216
6217         zone->inactive_ratio = ratio;
6218 }
6219
6220 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6221 {
6222         struct zone *zone;
6223
6224         for_each_zone(zone)
6225                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6226 }
6227
6228 /*
6229  * Initialise min_free_kbytes.
6230  *
6231  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6232  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6233  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6234  *
6235  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6236  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6237  *
6238  * which yields
6239  *
6240  * 16MB:        512k
6241  * 32MB:        724k
6242  * 64MB:        1024k
6243  * 128MB:       1448k
6244  * 256MB:       2048k
6245  * 512MB:       2896k
6246  * 1024MB:      4096k
6247  * 2048MB:      5792k
6248  * 4096MB:      8192k
6249  * 8192MB:      11584k
6250  * 16384MB:     16384k
6251  */
6252 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6253 {
6254         unsigned long lowmem_kbytes;
6255         int new_min_free_kbytes;
6256
6257         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6258         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6259
6260         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6261                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6262                 if (min_free_kbytes < 128)
6263                         min_free_kbytes = 128;
6264                 if (min_free_kbytes > 65536)
6265                         min_free_kbytes = 65536;
6266         } else {
6267                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6268                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6269         }
6270         setup_per_zone_wmarks();
6271         refresh_zone_stat_thresholds();
6272         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6273         setup_per_zone_inactive_ratio();
6274         return 0;
6275 }
6276 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6277
6278 /*
6279  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6280  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6281  *      changes.
6282  */
6283 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6284         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6285 {
6286         int rc;
6287
6288         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6289         if (rc)
6290                 return rc;
6291
6292         if (write) {
6293                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6294                 setup_per_zone_wmarks();
6295         }
6296         return 0;
6297 }
6298
6299 #ifdef CONFIG_NUMA
6300 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6301         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6302 {
6303         struct zone *zone;
6304         int rc;
6305
6306         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6307         if (rc)
6308                 return rc;
6309
6310         for_each_zone(zone)
6311                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6312                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6313         return 0;
6314 }
6315
6316 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6317         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6318 {
6319         struct zone *zone;
6320         int rc;
6321
6322         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6323         if (rc)
6324                 return rc;
6325
6326         for_each_zone(zone)
6327                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6328                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6329         return 0;
6330 }
6331 #endif
6332
6333 /*
6334  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6335  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6336  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6337  *
6338  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6339  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6340  * if in function of the boot time zone sizes.
6341  */
6342 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6343         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6344 {
6345         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6346         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6347         return 0;
6348 }
6349
6350 /*
6351  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6352  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6353  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6354  */
6355 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6356         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6357 {
6358         struct zone *zone;
6359         int old_percpu_pagelist_fraction;
6360         int ret;
6361
6362         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6363         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6364
6365         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6366         if (!write || ret < 0)
6367                 goto out;
6368
6369         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6370         if (percpu_pagelist_fraction &&
6371             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6372                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6373                 ret = -EINVAL;
6374                 goto out;
6375         }
6376
6377         /* No change? */
6378         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6379                 goto out;
6380
6381         for_each_populated_zone(zone) {
6382                 unsigned int cpu;
6383
6384                 for_each_possible_cpu(cpu)
6385                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6386                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6387         }
6388 out:
6389         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6390         return ret;
6391 }
6392
6393 #ifdef CONFIG_NUMA
6394 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6395
6396 static int __init set_hashdist(char *str)
6397 {
6398         if (!str)
6399                 return 0;
6400         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6401         return 1;
6402 }
6403 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6404 #endif
6405
6406 /*
6407  * allocate a large system hash table from bootmem
6408  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6409  *   quantity of entries
6410  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6411  */
6412 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6413                                      unsigned long bucketsize,
6414                                      unsigned long numentries,
6415                                      int scale,
6416                                      int flags,
6417                                      unsigned int *_hash_shift,
6418                                      unsigned int *_hash_mask,
6419                                      unsigned long low_limit,
6420                                      unsigned long high_limit)
6421 {
6422         unsigned long long max = high_limit;
6423         unsigned long log2qty, size;
6424         void *table = NULL;
6425
6426         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6427         if (!numentries) {
6428                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6429                 numentries = nr_kernel_pages;
6430
6431                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6432                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6433                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6434
6435                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6436                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6437                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6438                 else
6439                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6440
6441                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6442                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6443                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6444                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6445                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6446                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6447                                 BUG_ON(!numentries);
6448                         }
6449                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6450                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6451         }
6452         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6453
6454         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6455         if (max == 0) {
6456                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6457                 do_div(max, bucketsize);
6458         }
6459         max = min(max, 0x80000000ULL);
6460
6461         if (numentries < low_limit)
6462                 numentries = low_limit;
6463         if (numentries > max)
6464                 numentries = max;
6465
6466         log2qty = ilog2(numentries);
6467
6468         do {
6469                 size = bucketsize << log2qty;
6470                 if (flags & HASH_EARLY)
6471                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6472                 else if (hashdist)
6473                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6474                 else {
6475                         /*
6476                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6477                          * some pages at the end of hash table which
6478                          * alloc_pages_exact() automatically does
6479                          */
6480                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6481                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6482                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6483                         }
6484                 }
6485         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6486
6487         if (!table)
6488                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6489
6490         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6491                tablename,
6492                (1UL << log2qty),
6493                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6494                size);
6495
6496         if (_hash_shift)
6497                 *_hash_shift = log2qty;
6498         if (_hash_mask)
6499                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6500
6501         return table;
6502 }
6503
6504 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6505 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6506                                                         unsigned long pfn)
6507 {
6508 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6509         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6510 #else
6511         return zone->pageblock_flags;
6512 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6513 }
6514
6515 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6516 {
6517 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6518         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6519         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6520 #else
6521         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6522         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6523 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6524 }
6525
6526 /**
6527  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6528  * @page: The page within the block of interest
6529  * @pfn: The target page frame number
6530  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6531  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6532  *
6533  * Return: pageblock_bits flags
6534  */
6535 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6536                                         unsigned long end_bitidx,
6537                                         unsigned long mask)
6538 {
6539         struct zone *zone;
6540         unsigned long *bitmap;
6541         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6542         unsigned long word;
6543
6544         zone = page_zone(page);
6545         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6546         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6547         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6548         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6549
6550         word = bitmap[word_bitidx];
6551         bitidx += end_bitidx;
6552         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6553 }
6554
6555 /**
6556  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6557  * @page: The page within the block of interest
6558  * @flags: The flags to set
6559  * @pfn: The target page frame number
6560  * @end_bitidx: The last bit of interest
6561  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6562  */
6563 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6564                                         unsigned long pfn,
6565                                         unsigned long end_bitidx,
6566                                         unsigned long mask)
6567 {
6568         struct zone *zone;
6569         unsigned long *bitmap;
6570         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6571         unsigned long old_word, word;
6572
6573         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6574
6575         zone = page_zone(page);
6576         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6577         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6578         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6579         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6580
6581         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6582
6583         bitidx += end_bitidx;
6584         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6585         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6586
6587         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6588         for (;;) {
6589                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6590                 if (word == old_word)
6591                         break;
6592                 word = old_word;
6593         }
6594 }
6595
6596 /*
6597  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6598  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6599  *
6600  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6601  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6602  * expect this function should be exact.
6603  */
6604 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6605                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6606 {
6607         unsigned long pfn, iter, found;
6608         int mt;
6609
6610         /*
6611          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6612          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6613          */
6614         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6615                 return false;
6616         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6617         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6618                 return false;
6619
6620         pfn = page_to_pfn(page);
6621         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6622                 unsigned long check = pfn + iter;
6623
6624                 if (!pfn_valid_within(check))
6625                         continue;
6626
6627                 page = pfn_to_page(check);
6628
6629                 /*
6630                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6631                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6632                  * handle each tail page individually in migration.
6633                  */
6634                 if (PageHuge(page)) {
6635                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6636                         continue;
6637                 }
6638
6639                 /*
6640                  * We can't use page_count without pin a page
6641                  * because another CPU can free compound page.
6642                  * This check already skips compound tails of THP
6643                  * because their page->_count is zero at all time.
6644                  */
6645                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6646                         if (PageBuddy(page))
6647                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6648                         continue;
6649                 }
6650
6651                 /*
6652                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6653                  * page_count() is not 0.
6654                  */
6655                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6656                         continue;
6657
6658                 if (!PageLRU(page))
6659                         found++;
6660                 /*
6661                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6662                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6663                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6664                  */
6665                 /*
6666                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6667                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6668                  *
6669                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6670                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6671                  * page at boot.
6672                  */
6673                 if (found > count)
6674                         return true;
6675         }
6676         return false;
6677 }
6678
6679 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6680 {
6681         struct zone *zone;
6682         unsigned long pfn;
6683
6684         /*
6685          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6686          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6687          * the zone but still within the section.
6688          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6689          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6690          */
6691         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6692                 return false;
6693
6694         zone = page_zone(page);
6695         pfn = page_to_pfn(page);
6696         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6697                 return false;
6698
6699         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6700 }
6701
6702 #ifdef CONFIG_CMA
6703
6704 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6705 {
6706         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6707                              pageblock_nr_pages) - 1);
6708 }
6709
6710 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6711 {
6712         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6713                                 pageblock_nr_pages));
6714 }
6715
6716 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6717 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6718                                         unsigned long start, unsigned long end)
6719 {
6720         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6721         unsigned long nr_reclaimed;
6722         unsigned long pfn = start;
6723         unsigned int tries = 0;
6724         int ret = 0;
6725
6726         migrate_prep();
6727
6728         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6729                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6730                         ret = -EINTR;
6731                         break;
6732                 }
6733
6734                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6735                         cc->nr_migratepages = 0;
6736                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6737                         if (!pfn) {
6738                                 ret = -EINTR;
6739                                 break;
6740                         }
6741                         tries = 0;
6742                 } else if (++tries == 5) {
6743                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6744                         break;
6745                 }
6746
6747                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6748                                                         &cc->migratepages);
6749                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6750
6751                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6752                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6753         }
6754         if (ret < 0) {
6755                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6756                 return ret;
6757         }
6758         return 0;
6759 }
6760
6761 /**
6762  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6763  * @start:      start PFN to allocate
6764  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6765  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6766  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6767  *                      in range must have the same migratetype and it must
6768  *                      be either of the two.
6769  *
6770  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6771  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6772  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6773  * pages fall in.
6774  *
6775  * The PFN range must belong to a single zone.
6776  *
6777  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6778  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6779  * need to be freed with free_contig_range().
6780  */
6781 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6782                        unsigned migratetype)
6783 {
6784         unsigned long outer_start, outer_end;
6785         int ret = 0, order;
6786
6787         struct compact_control cc = {
6788                 .nr_migratepages = 0,
6789                 .order = -1,
6790                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6791                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6792                 .ignore_skip_hint = true,
6793         };
6794         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6795
6796         /*
6797          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6798          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6799          * have different sizes, and due to the way page allocator
6800          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6801          * that page allocator won't try to merge buddies from
6802          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6803          * other migration type.
6804          *
6805          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6806          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6807          * we are interested in).  This will put all the pages in
6808          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6809          *
6810          * When this is done, we take the pages in range from page
6811          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6812          * page allocator will never consider using them.
6813          *
6814          * This lets us mark the pageblocks back as
6815          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6816          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6817          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6818          */
6819
6820         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6821                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6822                                        false);
6823         if (ret)
6824                 return ret;
6825
6826         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6827         if (ret)
6828                 goto done;
6829
6830         /*
6831          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6832          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6833          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6834          * What we are going to do is to allocate all pages from
6835          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6836          *
6837          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6838          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6839          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6840          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6841          * once this is done free the pages we are not interested in.
6842          *
6843          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6844          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6845          */
6846
6847         lru_add_drain_all();
6848         drain_all_pages(cc.zone);
6849
6850         order = 0;
6851         outer_start = start;
6852         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6853                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6854                         ret = -EBUSY;
6855                         goto done;
6856                 }
6857                 outer_start &= ~0UL << order;
6858         }
6859
6860         /* Make sure the range is really isolated. */
6861         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6862                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6863                         __func__, outer_start, end);
6864                 ret = -EBUSY;
6865                 goto done;
6866         }
6867
6868         /* Grab isolated pages from freelists. */
6869         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6870         if (!outer_end) {
6871                 ret = -EBUSY;
6872                 goto done;
6873         }
6874
6875         /* Free head and tail (if any) */
6876         if (start != outer_start)
6877                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6878         if (end != outer_end)
6879                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6880
6881 done:
6882         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6883                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6884         return ret;
6885 }
6886
6887 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6888 {
6889         unsigned int count = 0;
6890
6891         for (; nr_pages--; pfn++) {
6892                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6893
6894                 count += page_count(page) != 1;
6895                 __free_page(page);
6896         }
6897         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6898 }
6899 #endif
6900
6901 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6902 /*
6903  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6904  * page high values need to be recalulated.
6905  */
6906 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6907 {
6908         unsigned cpu;
6909         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6910         for_each_possible_cpu(cpu)
6911                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6912                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6913         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6914 }
6915 #endif
6916
6917 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6918 {
6919         unsigned long flags;
6920         int cpu;
6921         struct per_cpu_pageset *pset;
6922
6923         /* avoid races with drain_pages()  */
6924         local_irq_save(flags);
6925         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6926                 for_each_online_cpu(cpu) {
6927                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6928                         drain_zonestat(zone, pset);
6929                 }
6930                 free_percpu(zone->pageset);
6931                 zone->pageset = &boot_pageset;
6932         }
6933         local_irq_restore(flags);
6934 }
6935
6936 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6937 /*
6938  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6939  */
6940 void
6941 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6942 {
6943         struct page *page;
6944         struct zone *zone;
6945         unsigned int order, i;
6946         unsigned long pfn;
6947         unsigned long flags;
6948         /* find the first valid pfn */
6949         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6950                 if (pfn_valid(pfn))
6951                         break;
6952         if (pfn == end_pfn)
6953                 return;
6954         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6955         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6956         pfn = start_pfn;
6957         while (pfn < end_pfn) {
6958                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6959                         pfn++;
6960                         continue;
6961                 }
6962                 page = pfn_to_page(pfn);
6963                 /*
6964                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6965                  * page_count() is not 0.
6966                  */
6967                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6968                         pfn++;
6969                         SetPageReserved(page);
6970                         continue;
6971                 }
6972
6973                 BUG_ON(page_count(page));
6974                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6975                 order = page_order(page);
6976 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6977                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6978                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6979 #endif
6980                 list_del(&page->lru);
6981                 rmv_page_order(page);
6982                 zone->free_area[order].nr_free--;
6983                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6984                         SetPageReserved((page+i));
6985                 pfn += (1 << order);
6986         }
6987         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6988 }
6989 #endif
6990
6991 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6992 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6993 {
6994         struct zone *zone = page_zone(page);
6995         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6996         unsigned long flags;
6997         unsigned int order;
6998
6999         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7000         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7001                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7002
7003                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7004                         break;
7005         }
7006         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7007
7008         return order < MAX_ORDER;
7009 }
7010 #endif