OSDN Git Service

Merge 4.4.110 into android-4.4
[sagit-ice-cold/kernel_xiaomi_msm8998.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65
66 #include <asm/sections.h>
67 #include <asm/tlbflush.h>
68 #include <asm/div64.h>
69 #include "internal.h"
70
71 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
72 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
73 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
74
75 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
76 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
77 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
78 #endif
79
80 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
81 /*
82  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
83  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
84  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
85  * defined in <linux/topology.h>.
86  */
87 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
88 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
89 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
90 #endif
91
92 /*
93  * Array of node states.
94  */
95 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
96         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
97         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifndef CONFIG_NUMA
99         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
101         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif
103 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
104         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif
106         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif  /* NUMA */
108 };
109 EXPORT_SYMBOL(node_states);
110
111 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
112 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
113
114 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
117 /*
118  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
119  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
120  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
121  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
122  */
123 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
124
125 int percpu_pagelist_fraction;
126 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
127
128 /*
129  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
130  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
131  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
132  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
133  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
134  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
135  */
136 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
137 {
138         return page->index;
139 }
140
141 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
142 {
143         page->index = migratetype;
144 }
145
146 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
147 /*
148  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
149  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
150  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
151  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
152  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
153  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
154  */
155
156 static gfp_t saved_gfp_mask;
157
158 void pm_restore_gfp_mask(void)
159 {
160         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
161         if (saved_gfp_mask) {
162                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
163                 saved_gfp_mask = 0;
164         }
165 }
166
167 void pm_restrict_gfp_mask(void)
168 {
169         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
170         WARN_ON(saved_gfp_mask);
171         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
172         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
173 }
174
175 bool pm_suspended_storage(void)
176 {
177         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
178                 return false;
179         return true;
180 }
181 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
182
183 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
184 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
185 #endif
186
187 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
188
189 /*
190  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
191  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
192  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
193  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
194  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
195  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
196  *
197  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
198  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
199  */
200 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
201 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
202          256,
203 #endif
204 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
205          256,
206 #endif
207 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
208          32,
209 #endif
210          32,
211 };
212
213 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
214
215 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
216 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
217          "DMA",
218 #endif
219 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
220          "DMA32",
221 #endif
222          "Normal",
223 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
224          "HighMem",
225 #endif
226          "Movable",
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
228          "Device",
229 #endif
230 };
231
232 static void free_compound_page(struct page *page);
233 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
234         NULL,
235         free_compound_page,
236 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
237         free_huge_page,
238 #endif
239 };
240
241 /*
242  * Try to keep at least this much lowmem free.  Do not allow normal
243  * allocations below this point, only high priority ones. Automatically
244  * tuned according to the amount of memory in the system.
245  */
246 int min_free_kbytes = 1024;
247 int user_min_free_kbytes = -1;
248
249 /*
250  * Extra memory for the system to try freeing. Used to temporarily
251  * free memory, to make space for new workloads. Anyone can allocate
252  * down to the min watermarks controlled by min_free_kbytes above.
253  */
254 int extra_free_kbytes = 0;
255
256 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
257 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
258 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
259
260 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
263 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
264 static unsigned long __initdata required_movablecore;
265 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282
283 /*
284  * Determine how many pages need to be initialized durig early boot
285  * (non-deferred initialization).
286  * The value of first_deferred_pfn will be set later, once non-deferred pages
287  * are initialized, but for now set it ULONG_MAX.
288  */
289 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
290 {
291         phys_addr_t start_addr, end_addr;
292         unsigned long max_pgcnt;
293         unsigned long reserved;
294
295         /*
296          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
297          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
298          */
299         max_pgcnt = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
300                         (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
301
302         /*
303          * Compensate the all the memblock reservations (e.g. crash kernel)
304          * from the initial estimation to make sure we will initialize enough
305          * memory to boot.
306          */
307         start_addr = PFN_PHYS(pgdat->node_start_pfn);
308         end_addr = PFN_PHYS(pgdat->node_start_pfn + max_pgcnt);
309         reserved = memblock_reserved_memory_within(start_addr, end_addr);
310         max_pgcnt += PHYS_PFN(reserved);
311
312         pgdat->static_init_pgcnt = min(max_pgcnt, pgdat->node_spanned_pages);
313         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
314 }
315
316 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
317 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
318 {
319         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
320
321         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
322                 return true;
323
324         return false;
325 }
326
327 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
328 {
329         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
330                 return true;
331
332         return false;
333 }
334
335 /*
336  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
337  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
338  */
339 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
340                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
341                                 unsigned long *nr_initialised)
342 {
343         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
344         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
345                 return true;
346         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
347         (*nr_initialised)++;
348         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
349             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
350                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
351                 return false;
352         }
353
354         return true;
355 }
356 #else
357 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
358 {
359 }
360
361 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
362 {
363         return false;
364 }
365
366 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
367 {
368         return false;
369 }
370
371 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
372                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
373                                 unsigned long *nr_initialised)
374 {
375         return true;
376 }
377 #endif
378
379
380 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
381 {
382         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
383                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
384                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
385
386         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
387                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
388 }
389
390 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
391 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
392 {
393         int ret = 0;
394         unsigned seq;
395         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
396         unsigned long sp, start_pfn;
397
398         do {
399                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
400                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
401                 sp = zone->spanned_pages;
402                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
403                         ret = 1;
404         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
405
406         if (ret)
407                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
408                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
409                         start_pfn, start_pfn + sp);
410
411         return ret;
412 }
413
414 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
415 {
416         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
417                 return 0;
418         if (zone != page_zone(page))
419                 return 0;
420
421         return 1;
422 }
423 /*
424  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
425  */
426 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
427 {
428         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
429                 return 1;
430         if (!page_is_consistent(zone, page))
431                 return 1;
432
433         return 0;
434 }
435 #else
436 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
437 {
438         return 0;
439 }
440 #endif
441
442 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
443                 unsigned long bad_flags)
444 {
445         static unsigned long resume;
446         static unsigned long nr_shown;
447         static unsigned long nr_unshown;
448
449         /* Don't complain about poisoned pages */
450         if (PageHWPoison(page)) {
451                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
452                 return;
453         }
454
455         /*
456          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
457          * or allow a steady drip of one report per second.
458          */
459         if (nr_shown == 60) {
460                 if (time_before(jiffies, resume)) {
461                         nr_unshown++;
462                         goto out;
463                 }
464                 if (nr_unshown) {
465                         printk(KERN_ALERT
466                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
467                                 nr_unshown);
468                         nr_unshown = 0;
469                 }
470                 nr_shown = 0;
471         }
472         if (nr_shown++ == 0)
473                 resume = jiffies + 60 * HZ;
474
475         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
476                 current->comm, page_to_pfn(page));
477         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
478
479         print_modules();
480         dump_stack();
481 out:
482         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
483         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
484         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
485 }
486
487 /*
488  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
489  *
490  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
491  *
492  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
493  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
494  *
495  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
496  * page destructors. See compound_page_dtors.
497  *
498  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
499  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
500  */
501
502 static void free_compound_page(struct page *page)
503 {
504         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
505 }
506
507 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
508 {
509         int i;
510         int nr_pages = 1 << order;
511
512         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
513         set_compound_order(page, order);
514         __SetPageHead(page);
515         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
516                 struct page *p = page + i;
517                 set_page_count(p, 0);
518                 set_compound_head(p, page);
519         }
520 }
521
522 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
523 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
524 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
525 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
526
527 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
528 {
529         if (!buf)
530                 return -EINVAL;
531
532         if (strcmp(buf, "on") == 0)
533                 _debug_pagealloc_enabled = true;
534
535         return 0;
536 }
537 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
538
539 static bool need_debug_guardpage(void)
540 {
541         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
542         if (!debug_pagealloc_enabled())
543                 return false;
544
545         return true;
546 }
547
548 static void init_debug_guardpage(void)
549 {
550         if (!debug_pagealloc_enabled())
551                 return;
552
553         _debug_guardpage_enabled = true;
554 }
555
556 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
557         .need = need_debug_guardpage,
558         .init = init_debug_guardpage,
559 };
560
561 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
562 {
563         unsigned long res;
564
565         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
566                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
567                 return 0;
568         }
569         _debug_guardpage_minorder = res;
570         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
571         return 0;
572 }
573 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
574
575 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
576                                 unsigned int order, int migratetype)
577 {
578         struct page_ext *page_ext;
579
580         if (!debug_guardpage_enabled())
581                 return;
582
583         page_ext = lookup_page_ext(page);
584         if (unlikely(!page_ext))
585                 return;
586
587         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
588
589         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
590         set_page_private(page, order);
591         /* Guard pages are not available for any usage */
592         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
593 }
594
595 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
596                                 unsigned int order, int migratetype)
597 {
598         struct page_ext *page_ext;
599
600         if (!debug_guardpage_enabled())
601                 return;
602
603         page_ext = lookup_page_ext(page);
604         if (unlikely(!page_ext))
605                 return;
606
607         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
608
609         set_page_private(page, 0);
610         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
611                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
612 }
613 #else
614 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
615 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
616                                 unsigned int order, int migratetype) {}
617 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
618                                 unsigned int order, int migratetype) {}
619 #endif
620
621 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
622 {
623         set_page_private(page, order);
624         __SetPageBuddy(page);
625 }
626
627 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
628 {
629         __ClearPageBuddy(page);
630         set_page_private(page, 0);
631 }
632
633 /*
634  * This function checks whether a page is free && is the buddy
635  * we can do coalesce a page and its buddy if
636  * (a) the buddy is not in a hole &&
637  * (b) the buddy is in the buddy system &&
638  * (c) a page and its buddy have the same order &&
639  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
640  *
641  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
642  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
643  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
644  * serialized by zone->lock.
645  *
646  * For recording page's order, we use page_private(page).
647  */
648 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
649                                                         unsigned int order)
650 {
651         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
652                 return 0;
653
654         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
655                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
656                         return 0;
657
658                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
659
660                 return 1;
661         }
662
663         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
664                 /*
665                  * zone check is done late to avoid uselessly
666                  * calculating zone/node ids for pages that could
667                  * never merge.
668                  */
669                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
670                         return 0;
671
672                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
673
674                 return 1;
675         }
676         return 0;
677 }
678
679 /*
680  * Freeing function for a buddy system allocator.
681  *
682  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
683  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
684  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
685  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
686  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
687  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
688  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
689  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
690  * parts of the VM system.
691  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
692  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
693  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
694  * field.
695  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
696  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
697  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
698  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
699  * triggers coalescing into a block of larger size.
700  *
701  * -- nyc
702  */
703
704 static inline void __free_one_page(struct page *page,
705                 unsigned long pfn,
706                 struct zone *zone, unsigned int order,
707                 int migratetype)
708 {
709         unsigned long page_idx;
710         unsigned long combined_idx;
711         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
712         struct page *buddy;
713         unsigned int max_order;
714
715         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
716
717         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
718         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
719
720         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
721         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
722                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
723
724         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
725
726         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
727         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
728
729 continue_merging:
730         while (order < max_order - 1) {
731                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
732                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
733                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
734                         goto done_merging;
735                 /*
736                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
737                  * merge with it and move up one order.
738                  */
739                 if (page_is_guard(buddy)) {
740                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
741                 } else {
742                         list_del(&buddy->lru);
743                         zone->free_area[order].nr_free--;
744                         rmv_page_order(buddy);
745                 }
746                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
747                 page = page + (combined_idx - page_idx);
748                 page_idx = combined_idx;
749                 order++;
750         }
751         if (max_order < MAX_ORDER) {
752                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
753                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
754                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
755                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
756                  *
757                  * We don't want to hit this code for the more frequent
758                  * low-order merging.
759                  */
760                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
761                         int buddy_mt;
762
763                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
764                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
765                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
766
767                         if (migratetype != buddy_mt
768                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
769                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
770                                 goto done_merging;
771                 }
772                 max_order++;
773                 goto continue_merging;
774         }
775
776 done_merging:
777         set_page_order(page, order);
778
779         /*
780          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
781          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
782          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
783          * that is happening, add the free page to the tail of the list
784          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
785          * as a higher order page
786          */
787         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
788                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
789                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
790                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
791                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
792                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
793                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
794                         list_add_tail(&page->lru,
795                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
796                         goto out;
797                 }
798         }
799
800         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
801 out:
802         zone->free_area[order].nr_free++;
803 }
804
805 static inline int free_pages_check(struct page *page)
806 {
807         const char *bad_reason = NULL;
808         unsigned long bad_flags = 0;
809
810         if (unlikely(page_mapcount(page)))
811                 bad_reason = "nonzero mapcount";
812         if (unlikely(page->mapping != NULL))
813                 bad_reason = "non-NULL mapping";
814         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
815                 bad_reason = "nonzero _count";
816         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
817                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
818                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
819         }
820 #ifdef CONFIG_MEMCG
821         if (unlikely(page->mem_cgroup))
822                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
823 #endif
824         if (unlikely(bad_reason)) {
825                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
826                 return 1;
827         }
828         page_cpupid_reset_last(page);
829         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
830                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
831         return 0;
832 }
833
834 /*
835  * Frees a number of pages from the PCP lists
836  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
837  * count is the number of pages to free.
838  *
839  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
840  * see if this freeing clears that state.
841  *
842  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
843  * pinned" detection logic.
844  */
845 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
846                                         struct per_cpu_pages *pcp)
847 {
848         int migratetype = 0;
849         int batch_free = 0;
850         int to_free = count;
851         unsigned long nr_scanned;
852
853         spin_lock(&zone->lock);
854         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
855         if (nr_scanned)
856                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
857
858         while (to_free) {
859                 struct page *page;
860                 struct list_head *list;
861
862                 /*
863                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
864                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
865                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
866                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
867                  * lists
868                  */
869                 do {
870                         batch_free++;
871                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
872                                 migratetype = 0;
873                         list = &pcp->lists[migratetype];
874                 } while (list_empty(list));
875
876                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
877                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
878                         batch_free = to_free;
879
880                 do {
881                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
882
883                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
884                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
885                         list_del(&page->lru);
886
887                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
888                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
889                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
890                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
891                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
892                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
893
894                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
895                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
896                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
897         }
898         spin_unlock(&zone->lock);
899 }
900
901 static void free_one_page(struct zone *zone,
902                                 struct page *page, unsigned long pfn,
903                                 unsigned int order,
904                                 int migratetype)
905 {
906         unsigned long nr_scanned;
907         spin_lock(&zone->lock);
908         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
909         if (nr_scanned)
910                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
911
912         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
913                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
914                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
915         }
916         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
917         spin_unlock(&zone->lock);
918 }
919
920 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
921 {
922         int ret = 1;
923
924         /*
925          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
926          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
927          */
928         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
929
930         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
931                 ret = 0;
932                 goto out;
933         }
934         if (unlikely(!PageTail(page))) {
935                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
936                 goto out;
937         }
938         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
939                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
940                 goto out;
941         }
942         ret = 0;
943 out:
944         clear_compound_head(page);
945         return ret;
946 }
947
948 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
949                                 unsigned long zone, int nid)
950 {
951         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
952         init_page_count(page);
953         page_mapcount_reset(page);
954         page_cpupid_reset_last(page);
955
956         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
957 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
958         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
959         if (!is_highmem_idx(zone))
960                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
961 #endif
962 }
963
964 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
965                                         int nid)
966 {
967         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
968 }
969
970 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
971 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
972 {
973         pg_data_t *pgdat;
974         int nid, zid;
975
976         if (!early_page_uninitialised(pfn))
977                 return;
978
979         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
980         pgdat = NODE_DATA(nid);
981
982         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
983                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
984
985                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
986                         break;
987         }
988         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
989 }
990 #else
991 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
992 {
993 }
994 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
995
996 /*
997  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
998  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
999  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1000  * sent to the buddy page allocator.
1001  */
1002 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1003 {
1004         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1005         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1006
1007         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1008                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1009                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1010
1011                         init_reserved_page(start_pfn);
1012
1013                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1014                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1015
1016                         SetPageReserved(page);
1017                 }
1018         }
1019 }
1020
1021 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1022 {
1023         bool compound = PageCompound(page);
1024         int i, bad = 0;
1025
1026         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1027         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1028
1029         trace_mm_page_free(page, order);
1030         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1031         kasan_free_pages(page, order);
1032
1033         if (PageAnon(page))
1034                 page->mapping = NULL;
1035         bad += free_pages_check(page);
1036         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1037                 if (compound)
1038                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1039                 bad += free_pages_check(page + i);
1040         }
1041         if (bad)
1042                 return false;
1043
1044         reset_page_owner(page, order);
1045
1046         if (!PageHighMem(page)) {
1047                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1048                                            PAGE_SIZE << order);
1049                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1050                                            PAGE_SIZE << order);
1051         }
1052         arch_free_page(page, order);
1053         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1054
1055         return true;
1056 }
1057
1058 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1059 {
1060         unsigned long flags;
1061         int migratetype;
1062         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1063
1064         if (!free_pages_prepare(page, order))
1065                 return;
1066
1067         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1068         local_irq_save(flags);
1069         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1070         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1071         local_irq_restore(flags);
1072 }
1073
1074 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1075                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1076 {
1077         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1078         struct page *p = page;
1079         unsigned int loop;
1080
1081         prefetchw(p);
1082         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1083                 prefetchw(p + 1);
1084                 __ClearPageReserved(p);
1085                 set_page_count(p, 0);
1086         }
1087         __ClearPageReserved(p);
1088         set_page_count(p, 0);
1089
1090         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1091         set_page_refcounted(page);
1092         __free_pages(page, order);
1093 }
1094
1095 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1096         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1097
1098 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1099
1100 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1101 {
1102         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1103         int nid;
1104
1105         spin_lock(&early_pfn_lock);
1106         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1107         if (nid < 0)
1108                 nid = first_online_node;
1109         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1110
1111         return nid;
1112 }
1113 #endif
1114
1115 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1116 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1117                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1118 {
1119         int nid;
1120
1121         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1122         if (nid >= 0 && nid != node)
1123                 return false;
1124         return true;
1125 }
1126
1127 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1128 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1129 {
1130         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1131 }
1132
1133 #else
1134
1135 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1136 {
1137         return true;
1138 }
1139 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1140                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1141 {
1142         return true;
1143 }
1144 #endif
1145
1146
1147 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1148                                                         unsigned int order)
1149 {
1150         if (early_page_uninitialised(pfn))
1151                 return;
1152         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1153 }
1154
1155 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1156 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1157                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1158 {
1159         int i;
1160
1161         if (!page)
1162                 return;
1163
1164         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1165         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1166             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1167                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1168                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1169                 return;
1170         }
1171
1172         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1173                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1174 }
1175
1176 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1177 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1178 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1179
1180 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1181 {
1182         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1183                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1184 }
1185
1186 /* Initialise remaining memory on a node */
1187 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1188 {
1189         pg_data_t *pgdat = data;
1190         int nid = pgdat->node_id;
1191         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1192         unsigned long start = jiffies;
1193         unsigned long nr_pages = 0;
1194         unsigned long walk_start, walk_end;
1195         int i, zid;
1196         struct zone *zone;
1197         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1198         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1199
1200         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1201                 pgdat_init_report_one_done();
1202                 return 0;
1203         }
1204
1205         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1206         if (!cpumask_empty(cpumask))
1207                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1208
1209         /* Sanity check boundaries */
1210         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1211         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1212         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1213
1214         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1215         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1216                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1217                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1218                         break;
1219         }
1220
1221         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1222                 unsigned long pfn, end_pfn;
1223                 struct page *page = NULL;
1224                 struct page *free_base_page = NULL;
1225                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1226                 int nr_to_free = 0;
1227
1228                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1229                 pfn = first_init_pfn;
1230                 if (pfn < walk_start)
1231                         pfn = walk_start;
1232                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1233                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1234
1235                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1236                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1237                                 goto free_range;
1238
1239                         /*
1240                          * Ensure pfn_valid is checked every
1241                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1242                          */
1243                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1244                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1245                                         page = NULL;
1246                                         goto free_range;
1247                                 }
1248                         }
1249
1250                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1251                                 page = NULL;
1252                                 goto free_range;
1253                         }
1254
1255                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1256                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1257                                 page++;
1258                         } else {
1259                                 nr_pages += nr_to_free;
1260                                 deferred_free_range(free_base_page,
1261                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1262                                 free_base_page = NULL;
1263                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1264
1265                                 page = pfn_to_page(pfn);
1266                                 cond_resched();
1267                         }
1268
1269                         if (page->flags) {
1270                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1271                                 goto free_range;
1272                         }
1273
1274                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1275                         if (!free_base_page) {
1276                                 free_base_page = page;
1277                                 free_base_pfn = pfn;
1278                                 nr_to_free = 0;
1279                         }
1280                         nr_to_free++;
1281
1282                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1283                         continue;
1284 free_range:
1285                         /* Free the current block of pages to allocator */
1286                         nr_pages += nr_to_free;
1287                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1288                                                                 nr_to_free);
1289                         free_base_page = NULL;
1290                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1291                 }
1292
1293                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1294         }
1295
1296         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1297         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1298
1299         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1300                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1301
1302         pgdat_init_report_one_done();
1303         return 0;
1304 }
1305
1306 void __init page_alloc_init_late(void)
1307 {
1308         int nid;
1309
1310         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1311         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1312         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1313                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1314         }
1315
1316         /* Block until all are initialised */
1317         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1318
1319         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1320         files_maxfiles_init();
1321 }
1322 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1323
1324 #ifdef CONFIG_CMA
1325 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1326 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1327 {
1328         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1329         struct page *p = page;
1330
1331         do {
1332                 __ClearPageReserved(p);
1333                 set_page_count(p, 0);
1334         } while (++p, --i);
1335
1336         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1337
1338         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1339                 i = pageblock_nr_pages;
1340                 p = page;
1341                 do {
1342                         set_page_refcounted(p);
1343                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1344                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1345                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1346         } else {
1347                 set_page_refcounted(page);
1348                 __free_pages(page, pageblock_order);
1349         }
1350
1351         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1352 }
1353 #endif
1354
1355 /*
1356  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1357  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1358  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1359  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1360  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1361  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1362  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1363  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1364  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1365  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1366  *
1367  * -- nyc
1368  */
1369 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1370         int low, int high, struct free_area *area,
1371         int migratetype)
1372 {
1373         unsigned long size = 1 << high;
1374
1375         while (high > low) {
1376                 area--;
1377                 high--;
1378                 size >>= 1;
1379                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1380
1381                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1382                         debug_guardpage_enabled() &&
1383                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1384                         /*
1385                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1386                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1387                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1388                          * pages will stay not present in virtual address space
1389                          */
1390                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1391                         continue;
1392                 }
1393                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1394                 area->nr_free++;
1395                 set_page_order(&page[size], high);
1396         }
1397 }
1398
1399 /*
1400  * This page is about to be returned from the page allocator
1401  */
1402 static inline int check_new_page(struct page *page)
1403 {
1404         const char *bad_reason = NULL;
1405         unsigned long bad_flags = 0;
1406
1407         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1408                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1409         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1410                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1411         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1412                 bad_reason = "nonzero _count";
1413         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1414                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1415                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1416         }
1417         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1418                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1419                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1420         }
1421 #ifdef CONFIG_MEMCG
1422         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1423                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1424 #endif
1425         if (unlikely(bad_reason)) {
1426                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1427                 return 1;
1428         }
1429         return 0;
1430 }
1431
1432 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1433                                                                 int alloc_flags)
1434 {
1435         int i;
1436
1437         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1438                 struct page *p = page + i;
1439                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1440                         return 1;
1441         }
1442
1443         set_page_private(page, 0);
1444         set_page_refcounted(page);
1445
1446         arch_alloc_page(page, order);
1447         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1448         kasan_alloc_pages(page, order);
1449
1450         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1451                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1452                         clear_highpage(page + i);
1453
1454         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1455                 prep_compound_page(page, order);
1456
1457         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1458
1459         /*
1460          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1461          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1462          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1463          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1464          */
1465         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1466                 set_page_pfmemalloc(page);
1467         else
1468                 clear_page_pfmemalloc(page);
1469
1470         return 0;
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1475  * the smallest available page from the freelists
1476  */
1477 static inline
1478 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1479                                                 int migratetype)
1480 {
1481         unsigned int current_order;
1482         struct free_area *area;
1483         struct page *page;
1484
1485         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1486         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1487                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1488                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1489                         continue;
1490
1491                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1492                                                         struct page, lru);
1493                 list_del(&page->lru);
1494                 rmv_page_order(page);
1495                 area->nr_free--;
1496                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1497                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1498                 return page;
1499         }
1500
1501         return NULL;
1502 }
1503
1504
1505 /*
1506  * This array describes the order lists are fallen back to when
1507  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1508  */
1509 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1510         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1511         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1512         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1513 #ifdef CONFIG_CMA
1514         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1515 #endif
1516 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1517         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1518 #endif
1519 };
1520
1521 #ifdef CONFIG_CMA
1522 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1523                                         unsigned int order)
1524 {
1525         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1526 }
1527 #else
1528 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1529                                         unsigned int order) { return NULL; }
1530 #endif
1531
1532 /*
1533  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1534  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1535  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1536  */
1537 int move_freepages(struct zone *zone,
1538                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1539                           int migratetype)
1540 {
1541         struct page *page;
1542         unsigned int order;
1543         int pages_moved = 0;
1544
1545 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1546         /*
1547          * page_zone is not safe to call in this context when
1548          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1549          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1550          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1551          * grouping pages by mobility
1552          */
1553         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1554 #endif
1555
1556         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1557                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1558                         page++;
1559                         continue;
1560                 }
1561
1562                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1563                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1564
1565                 if (!PageBuddy(page)) {
1566                         page++;
1567                         continue;
1568                 }
1569
1570                 order = page_order(page);
1571                 list_move(&page->lru,
1572                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1573                 page += 1 << order;
1574                 pages_moved += 1 << order;
1575         }
1576
1577         return pages_moved;
1578 }
1579
1580 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1581                                 int migratetype)
1582 {
1583         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1584         struct page *start_page, *end_page;
1585
1586         start_pfn = page_to_pfn(page);
1587         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1588         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1589         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1590         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1591
1592         /* Do not cross zone boundaries */
1593         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1594                 start_page = page;
1595         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1596                 return 0;
1597
1598         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1599 }
1600
1601 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1602                                         int start_order, int migratetype)
1603 {
1604         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1605
1606         while (nr_pageblocks--) {
1607                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1608                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1609         }
1610 }
1611
1612 /*
1613  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1614  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1615  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1616  *
1617  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1618  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1619  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1620  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1621  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1622  * pageblocks.
1623  */
1624 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1625 {
1626         /*
1627          * Leaving this order check is intended, although there is
1628          * relaxed order check in next check. The reason is that
1629          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1630          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1631          * so could be changed anytime.
1632          */
1633         if (order >= pageblock_order)
1634                 return true;
1635
1636         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1637                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1638                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1639                 page_group_by_mobility_disabled)
1640                 return true;
1641
1642         return false;
1643 }
1644
1645 /*
1646  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1647  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1648  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1649  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1650  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1651  */
1652 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1653                                                           int start_type)
1654 {
1655         unsigned int current_order = page_order(page);
1656         int pages;
1657
1658         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1659         if (current_order >= pageblock_order) {
1660                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1661                 return;
1662         }
1663
1664         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1665
1666         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1667         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1668                         page_group_by_mobility_disabled)
1669                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1674  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1675  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1676  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1677  */
1678 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1679                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1680 {
1681         int i;
1682         int fallback_mt;
1683
1684         if (area->nr_free == 0)
1685                 return -1;
1686
1687         *can_steal = false;
1688         for (i = 0;; i++) {
1689                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1690                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1691                         break;
1692
1693                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1694                         continue;
1695
1696                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1697                         *can_steal = true;
1698
1699                 if (!only_stealable)
1700                         return fallback_mt;
1701
1702                 if (*can_steal)
1703                         return fallback_mt;
1704         }
1705
1706         return -1;
1707 }
1708
1709 /*
1710  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1711  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1712  */
1713 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1714                                 unsigned int alloc_order)
1715 {
1716         int mt;
1717         unsigned long max_managed, flags;
1718
1719         /*
1720          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1721          * Check is race-prone but harmless.
1722          */
1723         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1724         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1725                 return;
1726
1727         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1728
1729         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1730         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1731                 goto out_unlock;
1732
1733         /* Yoink! */
1734         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1735         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1736                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1737                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1738                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1739                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1740         }
1741
1742 out_unlock:
1743         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1744 }
1745
1746 /*
1747  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1748  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1749  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1750  * to recover from than an OOM.
1751  */
1752 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1753 {
1754         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1755         unsigned long flags;
1756         struct zoneref *z;
1757         struct zone *zone;
1758         struct page *page;
1759         int order;
1760
1761         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1762                                                                 ac->nodemask) {
1763                 /* Preserve at least one pageblock */
1764                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1765                         continue;
1766
1767                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1768                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1769                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1770
1771                         if (list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
1772                                 continue;
1773
1774                         page = list_entry(area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC].next,
1775                                                 struct page, lru);
1776
1777                         /*
1778                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1779                          * we can counter several free pages in a pageblock
1780                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
1781                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1782                          * adjust the count once.
1783                          */
1784                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
1785                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
1786                                 /*
1787                                  * It should never happen but changes to
1788                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1789                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1790                                  * while unreserving so be safe and watch for
1791                                  * underflows.
1792                                  */
1793                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
1794                                                 pageblock_nr_pages,
1795                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1796                         }
1797
1798                         /*
1799                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1800                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1801                          * is doing the work and needs the pages. More
1802                          * importantly, if the block was always converted to
1803                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1804                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1805                          * may increase.
1806                          */
1807                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1808                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1809                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1810                         return;
1811                 }
1812                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1813         }
1814 }
1815
1816 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1817 static inline struct page *
1818 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1819 {
1820         struct free_area *area;
1821         unsigned int current_order;
1822         struct page *page;
1823         int fallback_mt;
1824         bool can_steal;
1825
1826         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1827         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1828                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1829                                 --current_order) {
1830                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1831                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1832                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1833                 if (fallback_mt == -1)
1834                         continue;
1835
1836                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1837                                                 struct page, lru);
1838                 if (can_steal)
1839                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1840
1841                 /* Remove the page from the freelists */
1842                 area->nr_free--;
1843                 list_del(&page->lru);
1844                 rmv_page_order(page);
1845
1846                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1847                                         start_migratetype);
1848                 /*
1849                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1850                  * migratetype depending on the decisions in
1851                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1852                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1853                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1854                  */
1855                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1856
1857                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1858                         start_migratetype, fallback_mt);
1859
1860                 return page;
1861         }
1862
1863         return NULL;
1864 }
1865
1866 /*
1867  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1868  * Call me with the zone->lock already held.
1869  */
1870 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1871                                 int migratetype, gfp_t gfp_flags)
1872 {
1873         struct page *page;
1874
1875         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1876         if (unlikely(!page)) {
1877                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1878                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1879
1880                 if (!page)
1881                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1882         }
1883
1884         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1885         return page;
1886 }
1887
1888 /*
1889  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1890  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1891  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1892  */
1893 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1894                         unsigned long count, struct list_head *list,
1895                         int migratetype, bool cold)
1896 {
1897         int i;
1898
1899         spin_lock(&zone->lock);
1900         for (i = 0; i < count; ++i) {
1901                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype, 0);
1902                 if (unlikely(page == NULL))
1903                         break;
1904
1905                 /*
1906                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1907                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1908                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1909                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1910                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1911                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1912                  * properly.
1913                  */
1914                 if (likely(!cold))
1915                         list_add(&page->lru, list);
1916                 else
1917                         list_add_tail(&page->lru, list);
1918                 list = &page->lru;
1919                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1920                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1921                                               -(1 << order));
1922         }
1923         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1924         spin_unlock(&zone->lock);
1925         return i;
1926 }
1927
1928 #ifdef CONFIG_NUMA
1929 /*
1930  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1931  * currently executing processor on remote nodes after they have
1932  * expired.
1933  *
1934  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1935  * a single processor.
1936  */
1937 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1938 {
1939         unsigned long flags;
1940         int to_drain, batch;
1941
1942         local_irq_save(flags);
1943         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1944         to_drain = min(pcp->count, batch);
1945         if (to_drain > 0) {
1946                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1947                 pcp->count -= to_drain;
1948         }
1949         local_irq_restore(flags);
1950 }
1951 #endif
1952
1953 /*
1954  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1955  *
1956  * The processor must either be the current processor and the
1957  * thread pinned to the current processor or a processor that
1958  * is not online.
1959  */
1960 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1961 {
1962         unsigned long flags;
1963         struct per_cpu_pageset *pset;
1964         struct per_cpu_pages *pcp;
1965
1966         local_irq_save(flags);
1967         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1968
1969         pcp = &pset->pcp;
1970         if (pcp->count) {
1971                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1972                 pcp->count = 0;
1973         }
1974         local_irq_restore(flags);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1979  *
1980  * The processor must either be the current processor and the
1981  * thread pinned to the current processor or a processor that
1982  * is not online.
1983  */
1984 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1985 {
1986         struct zone *zone;
1987
1988         for_each_populated_zone(zone) {
1989                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1990         }
1991 }
1992
1993 /*
1994  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1995  *
1996  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1997  * the single zone's pages.
1998  */
1999 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2000 {
2001         int cpu = smp_processor_id();
2002
2003         if (zone)
2004                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2005         else
2006                 drain_pages(cpu);
2007 }
2008
2009 /*
2010  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2011  *
2012  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2013  *
2014  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2015  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2016  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2017  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2018  * before the call to on_each_cpu_mask().
2019  */
2020 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2021 {
2022         int cpu;
2023
2024         /*
2025          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2026          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2027          */
2028         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2029
2030         /*
2031          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2032          * as offline notification will cause the notified
2033          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2034          * disables preemption as part of its processing
2035          */
2036         for_each_online_cpu(cpu) {
2037                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2038                 struct zone *z;
2039                 bool has_pcps = false;
2040
2041                 if (zone) {
2042                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2043                         if (pcp->pcp.count)
2044                                 has_pcps = true;
2045                 } else {
2046                         for_each_populated_zone(z) {
2047                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2048                                 if (pcp->pcp.count) {
2049                                         has_pcps = true;
2050                                         break;
2051                                 }
2052                         }
2053                 }
2054
2055                 if (has_pcps)
2056                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2057                 else
2058                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2059         }
2060         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2061                                                                 zone, 1);
2062 }
2063
2064 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2065
2066 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2067 {
2068         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2069         unsigned long flags;
2070         unsigned int order, t;
2071         struct list_head *curr;
2072
2073         if (zone_is_empty(zone))
2074                 return;
2075
2076         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2077
2078         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2079         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2080                 if (pfn_valid(pfn)) {
2081                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2082
2083                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2084                                 swsusp_unset_page_free(page);
2085                 }
2086
2087         for_each_migratetype_order(order, t) {
2088                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
2089                         unsigned long i;
2090
2091                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
2092                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2093                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2094                 }
2095         }
2096         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2097 }
2098 #endif /* CONFIG_PM */
2099
2100 /*
2101  * Free a 0-order page
2102  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2103  */
2104 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2105 {
2106         struct zone *zone = page_zone(page);
2107         struct per_cpu_pages *pcp;
2108         unsigned long flags;
2109         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2110         int migratetype;
2111
2112         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2113                 return;
2114
2115         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2116         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2117         local_irq_save(flags);
2118         __count_vm_event(PGFREE);
2119
2120         /*
2121          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2122          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2123          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2124          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2125          * excessively into the page allocator
2126          */
2127         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2128                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2129                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2130                         goto out;
2131                 }
2132                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2133         }
2134
2135         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2136         if (!cold)
2137                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2138         else
2139                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2140         pcp->count++;
2141         if (pcp->count >= pcp->high) {
2142                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2143                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2144                 pcp->count -= batch;
2145         }
2146
2147 out:
2148         local_irq_restore(flags);
2149 }
2150
2151 /*
2152  * Free a list of 0-order pages
2153  */
2154 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2155 {
2156         struct page *page, *next;
2157
2158         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2159                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2160                 free_hot_cold_page(page, cold);
2161         }
2162 }
2163
2164 /*
2165  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2166  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2167  * Each sub-page must be freed individually.
2168  *
2169  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2170  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2171  */
2172 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2173 {
2174         int i;
2175         gfp_t gfp_mask;
2176
2177         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2178         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2179
2180 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2181         /*
2182          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2183          * otherwise free the whole shadow.
2184          */
2185         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2186                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2187 #endif
2188
2189         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2190         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2191         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2192                 set_page_refcounted(page + i);
2193                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2194         }
2195 }
2196 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2197
2198 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2199 {
2200         unsigned long watermark;
2201         struct zone *zone;
2202         int mt;
2203
2204         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2205
2206         zone = page_zone(page);
2207         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2208
2209         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2210                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2211                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2212                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2213                         return 0;
2214
2215                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2216         }
2217
2218         /* Remove page from free list */
2219         list_del(&page->lru);
2220         zone->free_area[order].nr_free--;
2221         rmv_page_order(page);
2222
2223         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2224
2225         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2226         if (order >= pageblock_order - 1) {
2227                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2228                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2229                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2230                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2231                                 set_pageblock_migratetype(page,
2232                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2233                 }
2234         }
2235
2236
2237         return 1UL << order;
2238 }
2239
2240 /*
2241  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2242  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2243  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2244  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2245  * are enabled.
2246  *
2247  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2248  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2249  */
2250 int split_free_page(struct page *page)
2251 {
2252         unsigned int order;
2253         int nr_pages;
2254
2255         order = page_order(page);
2256
2257         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2258         if (!nr_pages)
2259                 return 0;
2260
2261         /* Split into individual pages */
2262         set_page_refcounted(page);
2263         split_page(page, order);
2264         return nr_pages;
2265 }
2266
2267 /*
2268  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2269  */
2270 static inline
2271 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2272                         struct zone *zone, unsigned int order,
2273                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2274 {
2275         unsigned long flags;
2276         struct page *page;
2277         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2278
2279         if (likely(order == 0)) {
2280                 struct per_cpu_pages *pcp;
2281                 struct list_head *list;
2282
2283                 local_irq_save(flags);
2284                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2285                 list = &pcp->lists[migratetype];
2286                 if (list_empty(list)) {
2287                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2288                                         pcp->batch, list,
2289                                         migratetype, cold);
2290                         if (unlikely(list_empty(list)))
2291                                 goto failed;
2292                 }
2293
2294                 if (cold)
2295                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2296                 else
2297                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2298
2299                 list_del(&page->lru);
2300                 pcp->count--;
2301         } else {
2302                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2303                         /*
2304                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2305                          *
2306                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2307                          * properly detect and handle allocation failures.
2308                          *
2309                          * We most definitely don't want callers attempting to
2310                          * allocate greater than order-1 page units with
2311                          * __GFP_NOFAIL.
2312                          */
2313                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2314                 }
2315                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2316
2317                 page = NULL;
2318                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2319                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2320                         if (page)
2321                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2322                 }
2323                 if (!page)
2324                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, gfp_flags);
2325                 spin_unlock(&zone->lock);
2326                 if (!page)
2327                         goto failed;
2328                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2329                                           get_pcppage_migratetype(page));
2330         }
2331
2332         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2333         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2334             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2335                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2336
2337         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2338         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2339         local_irq_restore(flags);
2340
2341         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2342         return page;
2343
2344 failed:
2345         local_irq_restore(flags);
2346         return NULL;
2347 }
2348
2349 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2350
2351 static struct {
2352         struct fault_attr attr;
2353
2354         bool ignore_gfp_highmem;
2355         bool ignore_gfp_reclaim;
2356         u32 min_order;
2357 } fail_page_alloc = {
2358         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2359         .ignore_gfp_reclaim = true,
2360         .ignore_gfp_highmem = true,
2361         .min_order = 1,
2362 };
2363
2364 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2365 {
2366         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2367 }
2368 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2369
2370 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2371 {
2372         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2373                 return false;
2374         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2375                 return false;
2376         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2377                 return false;
2378         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2379                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2380                 return false;
2381
2382         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2383 }
2384
2385 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2386
2387 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2388 {
2389         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2390         struct dentry *dir;
2391
2392         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2393                                         &fail_page_alloc.attr);
2394         if (IS_ERR(dir))
2395                 return PTR_ERR(dir);
2396
2397         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2398                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2399                 goto fail;
2400         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2401                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2402                 goto fail;
2403         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2404                                 &fail_page_alloc.min_order))
2405                 goto fail;
2406
2407         return 0;
2408 fail:
2409         debugfs_remove_recursive(dir);
2410
2411         return -ENOMEM;
2412 }
2413
2414 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2415
2416 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2417
2418 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2419
2420 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2421 {
2422         return false;
2423 }
2424
2425 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2426
2427 /*
2428  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2429  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2430  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2431  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2432  */
2433 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2434                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2435                         long free_pages)
2436 {
2437         long min = mark;
2438         int o;
2439         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2440
2441         /* free_pages may go negative - that's OK */
2442         free_pages -= (1 << order) - 1;
2443
2444         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2445                 min -= min / 2;
2446
2447         /*
2448          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2449          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2450          * atomic reserve but it avoids a search.
2451          */
2452         if (likely(!alloc_harder))
2453                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2454         else
2455                 min -= min / 4;
2456
2457 #ifdef CONFIG_CMA
2458         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2459         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2460                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2461 #endif
2462
2463         /*
2464          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2465          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2466          * even if a suitable page happened to be free.
2467          */
2468         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2469                 return false;
2470
2471         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2472         if (!order)
2473                 return true;
2474
2475         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2476         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2477                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2478                 int mt;
2479
2480                 if (!area->nr_free)
2481                         continue;
2482
2483                 if (alloc_harder)
2484                         return true;
2485
2486                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2487                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2488                                 return true;
2489                 }
2490
2491 #ifdef CONFIG_CMA
2492                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2493                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2494                         return true;
2495                 }
2496 #endif
2497         }
2498         return false;
2499 }
2500
2501 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2502                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2503 {
2504         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2505                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2506 }
2507
2508 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2509                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2510 {
2511         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2512
2513         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2514                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2515
2516         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2517                                                                 free_pages);
2518 }
2519
2520 #ifdef CONFIG_NUMA
2521 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2522 {
2523         return local_zone->node == zone->node;
2524 }
2525
2526 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2527 {
2528         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2529                                 RECLAIM_DISTANCE;
2530 }
2531 #else   /* CONFIG_NUMA */
2532 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2533 {
2534         return true;
2535 }
2536
2537 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2538 {
2539         return true;
2540 }
2541 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2542
2543 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2544 {
2545         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2546
2547         do {
2548                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2549                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2550                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2551                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2552         } while (zone++ != preferred_zone);
2553 }
2554
2555 /*
2556  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2557  * a page.
2558  */
2559 static struct page *
2560 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2561                                                 const struct alloc_context *ac)
2562 {
2563         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2564         struct zoneref *z;
2565         struct page *page = NULL;
2566         struct zone *zone;
2567         int nr_fair_skipped = 0;
2568         bool zonelist_rescan;
2569
2570 zonelist_scan:
2571         zonelist_rescan = false;
2572
2573         /*
2574          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2575          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2576          */
2577         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2578                                                                 ac->nodemask) {
2579                 unsigned long mark;
2580
2581                 if (cpusets_enabled() &&
2582                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2583                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2584                                 continue;
2585                 /*
2586                  * Distribute pages in proportion to the individual
2587                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2588                  * page was allocated in should have no effect on the
2589                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2590                  */
2591                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2592                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2593                                 break;
2594                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2595                                 nr_fair_skipped++;
2596                                 continue;
2597                         }
2598                 }
2599                 /*
2600                  * When allocating a page cache page for writing, we
2601                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2602                  * limit, such that no single zone holds more than its
2603                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2604                  * The dirty limits take into account the zone's
2605                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2606                  * should be able to balance it without having to
2607                  * write pages from its LRU list.
2608                  *
2609                  * This may look like it could increase pressure on
2610                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2611                  * before they are full.  But the pages that do spill
2612                  * over are limited as the lower zones are protected
2613                  * by this very same mechanism.  It should not become
2614                  * a practical burden to them.
2615                  *
2616                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2617                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2618                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2619                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2620                  * zones are together not big enough to reach the
2621                  * global limit.  The proper fix for these situations
2622                  * will require awareness of zones in the
2623                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2624                  */
2625                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2626                         continue;
2627
2628                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2629                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2630                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2631                         int ret;
2632
2633                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2634                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2635                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2636                                 goto try_this_zone;
2637
2638                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2639                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2640                                 continue;
2641
2642                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2643                         switch (ret) {
2644                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2645                                 /* did not scan */
2646                                 continue;
2647                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2648                                 /* scanned but unreclaimable */
2649                                 continue;
2650                         default:
2651                                 /* did we reclaim enough */
2652                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2653                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2654                                         goto try_this_zone;
2655
2656                                 continue;
2657                         }
2658                 }
2659
2660 try_this_zone:
2661                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2662                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2663                 if (page) {
2664                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2665                                 goto try_this_zone;
2666
2667                         /*
2668                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2669                          * if the pageblock should be reserved for the future
2670                          */
2671                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2672                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2673
2674                         return page;
2675                 }
2676         }
2677
2678         /*
2679          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2680          * local node.  However, the local node might have free pages left
2681          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2682          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2683          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2684          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2685          */
2686         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2687                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2688                 if (nr_fair_skipped) {
2689                         zonelist_rescan = true;
2690                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2691                 }
2692                 if (nr_online_nodes > 1)
2693                         zonelist_rescan = true;
2694         }
2695
2696         if (zonelist_rescan)
2697                 goto zonelist_scan;
2698
2699         return NULL;
2700 }
2701
2702 /*
2703  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2704  * meminfo in irq context.
2705  */
2706 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2707 {
2708         bool ret = false;
2709
2710 #if NODES_SHIFT > 8
2711         ret = in_interrupt();
2712 #endif
2713         return ret;
2714 }
2715
2716 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2717                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2718                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2719
2720 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2721 {
2722         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2723
2724         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2725             debug_guardpage_minorder() > 0)
2726                 return;
2727
2728         /*
2729          * This documents exceptions given to allocations in certain
2730          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2731          * of allowed nodes.
2732          */
2733         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2734                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2735                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2736                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2737         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2738                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2739
2740         if (fmt) {
2741                 struct va_format vaf;
2742                 va_list args;
2743
2744                 va_start(args, fmt);
2745
2746                 vaf.fmt = fmt;
2747                 vaf.va = &args;
2748
2749                 pr_warn("%pV", &vaf);
2750
2751                 va_end(args);
2752         }
2753
2754         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:0x%x\n",
2755                 current->comm, order, gfp_mask);
2756
2757         dump_stack();
2758         if (!should_suppress_show_mem())
2759                 show_mem(filter);
2760 }
2761
2762 static inline struct page *
2763 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2764         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2765 {
2766         struct oom_control oc = {
2767                 .zonelist = ac->zonelist,
2768                 .nodemask = ac->nodemask,
2769                 .gfp_mask = gfp_mask,
2770                 .order = order,
2771         };
2772         struct page *page;
2773
2774         *did_some_progress = 0;
2775
2776         /*
2777          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2778          * making progress for us.
2779          */
2780         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2781                 *did_some_progress = 1;
2782                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2783                 return NULL;
2784         }
2785
2786         /*
2787          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2788          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2789          * we're still under heavy pressure.
2790          */
2791         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2792                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2793         if (page)
2794                 goto out;
2795
2796         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2797                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2798                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2799                         goto out;
2800                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2801                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2802                         goto out;
2803                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2804                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2805                         goto out;
2806                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2807                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2808                         /*
2809                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2810                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2811                          * keep looping as per tradition.
2812                          */
2813                         *did_some_progress = 1;
2814                         goto out;
2815                 }
2816                 if (pm_suspended_storage())
2817                         goto out;
2818                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2819                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2820                         goto out;
2821         }
2822         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2823         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2824                 *did_some_progress = 1;
2825 out:
2826         mutex_unlock(&oom_lock);
2827         return page;
2828 }
2829
2830 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2831 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2832 static struct page *
2833 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2834                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2835                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2836                 bool *deferred_compaction)
2837 {
2838         unsigned long compact_result;
2839         struct page *page;
2840
2841         if (!order)
2842                 return NULL;
2843
2844         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2845         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2846                                                 mode, contended_compaction);
2847         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2848
2849         switch (compact_result) {
2850         case COMPACT_DEFERRED:
2851                 *deferred_compaction = true;
2852                 /* fall-through */
2853         case COMPACT_SKIPPED:
2854                 return NULL;
2855         default:
2856                 break;
2857         }
2858
2859         /*
2860          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2861          * count a compaction stall
2862          */
2863         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2864
2865         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2866                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2867
2868         if (page) {
2869                 struct zone *zone = page_zone(page);
2870
2871                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2872                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2873                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2874                 return page;
2875         }
2876
2877         /*
2878          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2879          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2880          */
2881         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2882
2883         cond_resched();
2884
2885         return NULL;
2886 }
2887 #else
2888 static inline struct page *
2889 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2890                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2891                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2892                 bool *deferred_compaction)
2893 {
2894         return NULL;
2895 }
2896 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2897
2898 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2899 static int
2900 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2901                                         const struct alloc_context *ac)
2902 {
2903         struct reclaim_state reclaim_state;
2904         int progress;
2905
2906         cond_resched();
2907
2908         /* We now go into synchronous reclaim */
2909         cpuset_memory_pressure_bump();
2910         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2911         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2912         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2913         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2914
2915         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2916                                                                 ac->nodemask);
2917
2918         current->reclaim_state = NULL;
2919         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2920         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2921
2922         cond_resched();
2923
2924         return progress;
2925 }
2926
2927 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2928 static inline struct page *
2929 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2930                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2931                 unsigned long *did_some_progress)
2932 {
2933         struct page *page = NULL;
2934         bool drained = false;
2935
2936         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2937         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2938                 return NULL;
2939
2940 retry:
2941         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2942                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2943
2944         /*
2945          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2946          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
2947          * Shrink them them and try again
2948          */
2949         if (!page && !drained) {
2950                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
2951                 drain_all_pages(NULL);
2952                 drained = true;
2953                 goto retry;
2954         }
2955
2956         return page;
2957 }
2958
2959 /*
2960  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2961  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2962  */
2963 static inline struct page *
2964 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2965                                 const struct alloc_context *ac)
2966 {
2967         struct page *page;
2968
2969         do {
2970                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2971                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2972
2973                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2974                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2975                                                                         HZ/50);
2976         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2977
2978         return page;
2979 }
2980
2981 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2982 {
2983         struct zoneref *z;
2984         struct zone *zone;
2985
2986         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2987                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2988                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2989 }
2990
2991 static inline int
2992 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2993 {
2994         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2995
2996         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2997         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2998
2999         /*
3000          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3001          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3002          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3003          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3004          */
3005         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3006
3007         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3008                 /*
3009                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3010                  * if it can't schedule.
3011                  */
3012                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3013                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3014                 /*
3015                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3016                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3017                  */
3018                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3019         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3020                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3021
3022         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3023                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3024                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3025                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3026                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3027                 else if (!in_interrupt() &&
3028                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3029                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3030                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3031         }
3032 #ifdef CONFIG_CMA
3033         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3034                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3035 #endif
3036         return alloc_flags;
3037 }
3038
3039 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3040 {
3041         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3042 }
3043
3044 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3045 {
3046         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3047 }
3048
3049 static inline struct page *
3050 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3051                                                 struct alloc_context *ac)
3052 {
3053         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3054         struct page *page = NULL;
3055         int alloc_flags;
3056         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3057         unsigned long did_some_progress;
3058         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3059         bool deferred_compaction = false;
3060         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3061
3062         /*
3063          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3064          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3065          * be using allocators in order of preference for an area that is
3066          * too large.
3067          */
3068         if (order >= MAX_ORDER) {
3069                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3070                 return NULL;
3071         }
3072
3073         /*
3074          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3075          * callers that are not in atomic context.
3076          */
3077         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3078                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3079                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3080
3081         /*
3082          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3083          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3084          * speculative node-specific allocation.
3085          */
3086         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3087                 goto nopage;
3088
3089 retry:
3090         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3091                 wake_all_kswapds(order, ac);
3092
3093         /*
3094          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3095          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3096          * to how we want to proceed.
3097          */
3098         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3099
3100         /*
3101          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3102          * cpusets.
3103          */
3104         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3105                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3106                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3107                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3108                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3109         }
3110
3111         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3112         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3113                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3114         if (page)
3115                 goto got_pg;
3116
3117         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3118         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3119                 /*
3120                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3121                  * the allocation is high priority and these type of
3122                  * allocations are system rather than user orientated
3123                  */
3124                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3125
3126                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3127
3128                 if (page) {
3129                         goto got_pg;
3130                 }
3131         }
3132
3133         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3134         if (!can_direct_reclaim) {
3135                 /*
3136                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3137                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3138                  * type of allocation to fail.
3139                  */
3140                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3141                 goto nopage;
3142         }
3143
3144         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3145         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3146                 goto nopage;
3147
3148         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3149         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3150                 goto nopage;
3151
3152         /*
3153          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3154          * attempts after direct reclaim are synchronous
3155          */
3156         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3157                                         migration_mode,
3158                                         &contended_compaction,
3159                                         &deferred_compaction);
3160         if (page)
3161                 goto got_pg;
3162
3163         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3164         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3165                 /*
3166                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3167                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3168                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3169                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3170                  * instead of entering direct reclaim.
3171                  */
3172                 if (deferred_compaction)
3173                         goto nopage;
3174
3175                 /*
3176                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3177                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3178                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3179                  * so we fallback to base pages instead.
3180                  */
3181                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3182                         goto nopage;
3183
3184                 /*
3185                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3186                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3187                  * khugepaged trying to collapse.
3188                  */
3189                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3190                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3191                         goto nopage;
3192         }
3193
3194         /*
3195          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3196          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3197          * khugepaged trying to collapse.
3198          */
3199         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3200                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3201
3202         /* Try direct reclaim and then allocating */
3203         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3204                                                         &did_some_progress);
3205         if (page)
3206                 goto got_pg;
3207
3208         /* Do not loop if specifically requested */
3209         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3210                 goto noretry;
3211
3212         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3213         pages_reclaimed += did_some_progress;
3214         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3215             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3216                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3217                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3218                 goto retry;
3219         }
3220
3221         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3222         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3223         if (page)
3224                 goto got_pg;
3225
3226         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3227         if (did_some_progress)
3228                 goto retry;
3229
3230 noretry:
3231         /*
3232          * High-order allocations do not necessarily loop after
3233          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3234          * being called after reclaim so call directly if necessary
3235          */
3236         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3237                                             ac, migration_mode,
3238                                             &contended_compaction,
3239                                             &deferred_compaction);
3240         if (page)
3241                 goto got_pg;
3242 nopage:
3243         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3244 got_pg:
3245         return page;
3246 }
3247
3248 /*
3249  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3250  */
3251 struct page *
3252 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3253                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3254 {
3255         struct zoneref *preferred_zoneref;
3256         struct page *page = NULL;
3257         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3258         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3259         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3260         struct alloc_context ac = {
3261                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3262                 .nodemask = nodemask,
3263                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3264         };
3265
3266         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3267
3268         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3269
3270         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3271
3272         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3273                 return NULL;
3274
3275         /*
3276          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3277          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3278          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3279          */
3280         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3281                 return NULL;
3282
3283         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3284                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3285
3286 retry_cpuset:
3287         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3288
3289         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3290         ac.zonelist = zonelist;
3291
3292         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3293         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3294
3295         /* The preferred zone is used for statistics later */
3296         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3297                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3298                                 &ac.preferred_zone);
3299         if (!ac.preferred_zone)
3300                 goto out;
3301         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3302
3303         /* First allocation attempt */
3304         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3305         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3306         if (unlikely(!page)) {
3307                 /*
3308                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3309                  * can deadlock because I/O on the device might not
3310                  * complete.
3311                  */
3312                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3313                 ac.spread_dirty_pages = false;
3314
3315                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3316         }
3317
3318         if (kmemcheck_enabled && page)
3319                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3320
3321         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3322
3323 out:
3324         /*
3325          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3326          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3327          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3328          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3329          */
3330         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3331                 goto retry_cpuset;
3332
3333         return page;
3334 }
3335 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3336
3337 /*
3338  * Common helper functions.
3339  */
3340 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3341 {
3342         struct page *page;
3343
3344         /*
3345          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3346          * a highmem page
3347          */
3348         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3349
3350         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3351         if (!page)
3352                 return 0;
3353         return (unsigned long) page_address(page);
3354 }
3355 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3356
3357 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3358 {
3359         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3360 }
3361 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3362
3363 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3364 {
3365         if (put_page_testzero(page)) {
3366                 if (order == 0)
3367                         free_hot_cold_page(page, false);
3368                 else
3369                         __free_pages_ok(page, order);
3370         }
3371 }
3372
3373 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3374
3375 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3376 {
3377         if (addr != 0) {
3378                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3379                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3380         }
3381 }
3382
3383 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3384
3385 /*
3386  * Page Fragment:
3387  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3388  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3389  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3390  *
3391  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3392  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3393  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3394  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3395  */
3396 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3397                                        gfp_t gfp_mask)
3398 {
3399         struct page *page = NULL;
3400         gfp_t gfp = gfp_mask;
3401
3402 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3403         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3404                     __GFP_NOMEMALLOC;
3405         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3406                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3407         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3408 #endif
3409         if (unlikely(!page))
3410                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3411
3412         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3413
3414         return page;
3415 }
3416
3417 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3418                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3419 {
3420         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3421         struct page *page;
3422         int offset;
3423
3424         if (unlikely(!nc->va)) {
3425 refill:
3426                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3427                 if (!page)
3428                         return NULL;
3429
3430 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3431                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3432                 size = nc->size;
3433 #endif
3434                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3435                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3436                  */
3437                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3438
3439                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3440                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3441                 nc->pagecnt_bias = size;
3442                 nc->offset = size;
3443         }
3444
3445         offset = nc->offset - fragsz;
3446         if (unlikely(offset < 0)) {
3447                 page = virt_to_page(nc->va);
3448
3449                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3450                         goto refill;
3451
3452 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3453                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3454                 size = nc->size;
3455 #endif
3456                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3457                 atomic_set(&page->_count, size);
3458
3459                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3460                 nc->pagecnt_bias = size;
3461                 offset = size - fragsz;
3462         }
3463
3464         nc->pagecnt_bias--;
3465         nc->offset = offset;
3466
3467         return nc->va + offset;
3468 }
3469 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3470
3471 /*
3472  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3473  */
3474 void __free_page_frag(void *addr)
3475 {
3476         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3477
3478         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3479                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3480 }
3481 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3482
3483 /*
3484  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3485  * of the current memory cgroup.
3486  *
3487  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3488  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3489  */
3490 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3491 {
3492         struct page *page;
3493
3494         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3495         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3496                 __free_pages(page, order);
3497                 page = NULL;
3498         }
3499         return page;
3500 }
3501
3502 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3503 {
3504         struct page *page;
3505
3506         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3507         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3508                 __free_pages(page, order);
3509                 page = NULL;
3510         }
3511         return page;
3512 }
3513
3514 /*
3515  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3516  * alloc_kmem_pages.
3517  */
3518 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3519 {
3520         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3521         __free_pages(page, order);
3522 }
3523
3524 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3525 {
3526         if (addr != 0) {
3527                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3528                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3529         }
3530 }
3531
3532 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3533                 size_t size)
3534 {
3535         if (addr) {
3536                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3537                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3538
3539                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3540                 while (used < alloc_end) {
3541                         free_page(used);
3542                         used += PAGE_SIZE;
3543                 }
3544         }
3545         return (void *)addr;
3546 }
3547
3548 /**
3549  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3550  * @size: the number of bytes to allocate
3551  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3552  *
3553  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3554  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3555  * allocate memory in power-of-two pages.
3556  *
3557  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3558  *
3559  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3560  */
3561 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3562 {
3563         unsigned int order = get_order(size);
3564         unsigned long addr;
3565
3566         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3567         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3568 }
3569 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3570
3571 /**
3572  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3573  *                         pages on a node.
3574  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3575  * @size: the number of bytes to allocate
3576  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3577  *
3578  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3579  * back.
3580  */
3581 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3582 {
3583         unsigned int order = get_order(size);
3584         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3585         if (!p)
3586                 return NULL;
3587         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3588 }
3589
3590 /**
3591  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3592  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3593  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3594  *
3595  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3596  */
3597 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3598 {
3599         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3600         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3601
3602         while (addr < end) {
3603                 free_page(addr);
3604                 addr += PAGE_SIZE;
3605         }
3606 }
3607 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3608
3609 /**
3610  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3611  * @offset: The zone index of the highest zone
3612  *
3613  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3614  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3615  * zone, the number of pages is calculated as:
3616  *     managed_pages - high_pages
3617  */
3618 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3619 {
3620         struct zoneref *z;
3621         struct zone *zone;
3622
3623         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3624         unsigned long sum = 0;
3625
3626         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3627
3628         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3629                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3630                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3631                 if (size > high)
3632                         sum += size - high;
3633         }
3634
3635         return sum;
3636 }
3637
3638 /**
3639  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3640  *
3641  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3642  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3643  */
3644 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3645 {
3646         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3647 }
3648 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3649
3650 /**
3651  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3652  *
3653  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3654  * high watermark within all zones.
3655  */
3656 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3657 {
3658         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3659 }
3660
3661 static inline void show_node(struct zone *zone)
3662 {
3663         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3664                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3665 }
3666
3667 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3668 {
3669         val->totalram = totalram_pages;
3670         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3671         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3672         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3673         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3674         val->freehigh = nr_free_highpages();
3675         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3676 }
3677
3678 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3679
3680 #ifdef CONFIG_NUMA
3681 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3682 {
3683         int zone_type;          /* needs to be signed */
3684         unsigned long managed_pages = 0;
3685         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3686
3687         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3688                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3689         val->totalram = managed_pages;
3690         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3691         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3692 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3693         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3694         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3695                         NR_FREE_PAGES);
3696 #else
3697         val->totalhigh = 0;
3698         val->freehigh = 0;
3699 #endif
3700         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3701 }
3702 #endif
3703
3704 /*
3705  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3706  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3707  */
3708 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3709 {
3710         bool ret = false;
3711         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3712
3713         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3714                 goto out;
3715
3716         do {
3717                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3718                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3719         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3720 out:
3721         return ret;
3722 }
3723
3724 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3725
3726 static void show_migration_types(unsigned char type)
3727 {
3728         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3729                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3730                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3731                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3732                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3733 #ifdef CONFIG_CMA
3734                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3735 #endif
3736 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3737                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3738 #endif
3739         };
3740         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3741         char *p = tmp;
3742         int i;
3743
3744         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3745                 if (type & (1 << i))
3746                         *p++ = types[i];
3747         }
3748
3749         *p = '\0';
3750         printk("(%s) ", tmp);
3751 }
3752
3753 /*
3754  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3755  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3756  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3757  *
3758  * Bits in @filter:
3759  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3760  *   cpuset.
3761  */
3762 void show_free_areas(unsigned int filter)
3763 {
3764         unsigned long free_pcp = 0;
3765         int cpu;
3766         struct zone *zone;
3767
3768         for_each_populated_zone(zone) {
3769                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3770                         continue;
3771
3772                 for_each_online_cpu(cpu)
3773                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3774         }
3775
3776         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3777                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3778                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3779                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3780                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3781                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3782                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3783                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3784                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3785                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3786                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3787                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3788                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3789                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3790                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3791                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3792                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3793                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3794                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3795                 global_page_state(NR_SHMEM),
3796                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3797                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3798                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3799                 free_pcp,
3800                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3801
3802         for_each_populated_zone(zone) {
3803                 int i;
3804
3805                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3806                         continue;
3807
3808                 free_pcp = 0;
3809                 for_each_online_cpu(cpu)
3810                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3811
3812                 show_node(zone);
3813                 printk("%s"
3814                         " free:%lukB"
3815                         " min:%lukB"
3816                         " low:%lukB"
3817                         " high:%lukB"
3818                         " active_anon:%lukB"
3819                         " inactive_anon:%lukB"
3820                         " active_file:%lukB"
3821                         " inactive_file:%lukB"
3822                         " unevictable:%lukB"
3823                         " isolated(anon):%lukB"
3824                         " isolated(file):%lukB"
3825                         " present:%lukB"
3826                         " managed:%lukB"
3827                         " mlocked:%lukB"
3828                         " dirty:%lukB"
3829                         " writeback:%lukB"
3830                         " mapped:%lukB"
3831                         " shmem:%lukB"
3832                         " slab_reclaimable:%lukB"
3833                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3834                         " kernel_stack:%lukB"
3835                         " pagetables:%lukB"
3836                         " unstable:%lukB"
3837                         " bounce:%lukB"
3838                         " free_pcp:%lukB"
3839                         " local_pcp:%ukB"
3840                         " free_cma:%lukB"
3841                         " writeback_tmp:%lukB"
3842                         " pages_scanned:%lu"
3843                         " all_unreclaimable? %s"
3844                         "\n",
3845                         zone->name,
3846                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3847                         K(min_wmark_pages(zone)),
3848                         K(low_wmark_pages(zone)),
3849                         K(high_wmark_pages(zone)),
3850                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3851                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3852                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3853                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3854                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3855                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3856                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3857                         K(zone->present_pages),
3858                         K(zone->managed_pages),
3859                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3860                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3861                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3862                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3863                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3864                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3865                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3866                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3867                                 THREAD_SIZE / 1024,
3868                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3869                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3870                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3871                         K(free_pcp),
3872                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3873                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3874                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3875                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3876                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3877                         );
3878                 printk("lowmem_reserve[]:");
3879                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3880                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3881                 printk("\n");
3882         }
3883
3884         for_each_populated_zone(zone) {
3885                 unsigned int order;
3886                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3887                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3888
3889                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3890                         continue;
3891                 show_node(zone);
3892                 printk("%s: ", zone->name);
3893
3894                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3895                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3896                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3897                         int type;
3898
3899                         nr[order] = area->nr_free;
3900                         total += nr[order] << order;
3901
3902                         types[order] = 0;
3903                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3904                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3905                                         types[order] |= 1 << type;
3906                         }
3907                 }
3908                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3909                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3910                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3911                         if (nr[order])
3912                                 show_migration_types(types[order]);
3913                 }
3914                 printk("= %lukB\n", K(total));
3915         }
3916
3917         hugetlb_show_meminfo();
3918
3919         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3920
3921         show_swap_cache_info();
3922 }
3923
3924 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3925 {
3926         zoneref->zone = zone;
3927         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3928 }
3929
3930 /*
3931  * Builds allocation fallback zone lists.
3932  *
3933  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3934  */
3935 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3936                                 int nr_zones)
3937 {
3938         struct zone *zone;
3939         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3940
3941         do {
3942                 zone_type--;
3943                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3944                 if (populated_zone(zone)) {
3945                         zoneref_set_zone(zone,
3946                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3947                         check_highest_zone(zone_type);
3948                 }
3949         } while (zone_type);
3950
3951         return nr_zones;
3952 }
3953
3954
3955 /*
3956  *  zonelist_order:
3957  *  0 = automatic detection of better ordering.
3958  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3959  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3960  *
3961  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3962  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3963  */
3964 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3965 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3966 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3967
3968 /* zonelist order in the kernel.
3969  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3970  */
3971 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3972 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3973
3974
3975 #ifdef CONFIG_NUMA
3976 /* The value user specified ....changed by config */
3977 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3978 /* string for sysctl */
3979 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3980 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3981
3982 /*
3983  * interface for configure zonelist ordering.
3984  * command line option "numa_zonelist_order"
3985  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3986  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3987  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3988  */
3989
3990 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3991 {
3992         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3993                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3994         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3995                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3996         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3997                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3998         } else {
3999                 printk(KERN_WARNING
4000                        "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4001                 return -EINVAL;
4002         }
4003         return 0;
4004 }
4005
4006 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4007 {
4008         int ret;
4009
4010         if (!s)
4011                 return 0;
4012
4013         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4014         if (ret == 0)
4015                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4016
4017         return ret;
4018 }
4019 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4020
4021 /*
4022  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4023  */
4024 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4025                 void __user *buffer, size_t *length,
4026                 loff_t *ppos)
4027 {
4028         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4029         int ret;
4030         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4031
4032         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4033         if (write) {
4034                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4035                         ret = -EINVAL;
4036                         goto out;
4037                 }
4038                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4039         }
4040         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4041         if (ret)
4042                 goto out;
4043         if (write) {
4044                 int oldval = user_zonelist_order;
4045
4046                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4047                 if (ret) {
4048                         /*
4049                          * bogus value.  restore saved string
4050                          */
4051                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4052                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4053                         user_zonelist_order = oldval;
4054                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4055                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4056                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4057                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4058                 }
4059         }
4060 out:
4061         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4062         return ret;
4063 }
4064
4065
4066 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4067 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4068
4069 /**
4070  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4071  * @node: node whose fallback list we're appending
4072  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4073  *
4074  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4075  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4076  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4077  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4078  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4079  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4080  * on them otherwise.
4081  * It returns -1 if no node is found.
4082  */
4083 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4084 {
4085         int n, val;
4086         int min_val = INT_MAX;
4087         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4088         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4089
4090         /* Use the local node if we haven't already */
4091         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4092                 node_set(node, *used_node_mask);
4093                 return node;
4094         }
4095
4096         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4097
4098                 /* Don't want a node to appear more than once */
4099                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4100                         continue;
4101
4102                 /* Use the distance array to find the distance */
4103                 val = node_distance(node, n);
4104
4105                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4106                 val += (n < node);
4107
4108                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4109                 tmp = cpumask_of_node(n);
4110                 if (!cpumask_empty(tmp))
4111                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4112
4113                 /* Slight preference for less loaded node */
4114                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4115                 val += node_load[n];
4116
4117                 if (val < min_val) {
4118                         min_val = val;
4119                         best_node = n;
4120                 }
4121         }
4122
4123         if (best_node >= 0)
4124                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4125
4126         return best_node;
4127 }
4128
4129
4130 /*
4131  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4132  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4133  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4134  */
4135 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4136 {
4137         int j;
4138         struct zonelist *zonelist;
4139
4140         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4141         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4142                 ;
4143         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4144         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4145         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4146 }
4147
4148 /*
4149  * Build gfp_thisnode zonelists
4150  */
4151 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4152 {
4153         int j;
4154         struct zonelist *zonelist;
4155
4156         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4157         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4158         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4159         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4160 }
4161
4162 /*
4163  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4164  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4165  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4166  * may still exist in local DMA zone.
4167  */
4168 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4169
4170 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4171 {
4172         int pos, j, node;
4173         int zone_type;          /* needs to be signed */
4174         struct zone *z;
4175         struct zonelist *zonelist;
4176
4177         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4178         pos = 0;
4179         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4180                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4181                         node = node_order[j];
4182                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4183                         if (populated_zone(z)) {
4184                                 zoneref_set_zone(z,
4185                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4186                                 check_highest_zone(zone_type);
4187                         }
4188                 }
4189         }
4190         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4191         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4192 }
4193
4194 #if defined(CONFIG_64BIT)
4195 /*
4196  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4197  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4198  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4199  */
4200 static int default_zonelist_order(void)
4201 {
4202         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4203 }
4204 #else
4205 /*
4206  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4207  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4208  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4209  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4210  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4211  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4212  */
4213 static int default_zonelist_order(void)
4214 {
4215         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4216 }
4217 #endif /* CONFIG_64BIT */
4218
4219 static void set_zonelist_order(void)
4220 {
4221         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4222                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4223         else
4224                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4225 }
4226
4227 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4228 {
4229         int j, node, load;
4230         enum zone_type i;
4231         nodemask_t used_mask;
4232         int local_node, prev_node;
4233         struct zonelist *zonelist;
4234         unsigned int order = current_zonelist_order;
4235
4236         /* initialize zonelists */
4237         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4238                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4239                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4240                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4241         }
4242
4243         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4244         local_node = pgdat->node_id;
4245         load = nr_online_nodes;
4246         prev_node = local_node;
4247         nodes_clear(used_mask);
4248
4249         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4250         j = 0;
4251
4252         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4253                 /*
4254                  * We don't want to pressure a particular node.
4255                  * So adding penalty to the first node in same
4256                  * distance group to make it round-robin.
4257                  */
4258                 if (node_distance(local_node, node) !=
4259                     node_distance(local_node, prev_node))
4260                         node_load[node] = load;
4261
4262                 prev_node = node;
4263                 load--;
4264                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4265                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4266                 else
4267                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4268         }
4269
4270         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4271                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4272                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4273         }
4274
4275         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4276 }
4277
4278 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4279 /*
4280  * Return node id of node used for "local" allocations.
4281  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4282  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4283  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4284  */
4285 int local_memory_node(int node)
4286 {
4287         struct zone *zone;
4288
4289         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4290                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4291                                    NULL,
4292                                    &zone);
4293         return zone->node;
4294 }
4295 #endif
4296
4297 #else   /* CONFIG_NUMA */
4298
4299 static void set_zonelist_order(void)
4300 {
4301         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4302 }
4303
4304 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4305 {
4306         int node, local_node;
4307         enum zone_type j;
4308         struct zonelist *zonelist;
4309
4310         local_node = pgdat->node_id;
4311
4312         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4313         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4314
4315         /*
4316          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4317          * of all the other nodes.
4318          * We don't want to pressure a particular node, so when
4319          * building the zones for node N, we make sure that the
4320          * zones coming right after the local ones are those from
4321          * node N+1 (modulo N)
4322          */
4323         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4324                 if (!node_online(node))
4325                         continue;
4326                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4327         }
4328         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4329                 if (!node_online(node))
4330                         continue;
4331                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4332         }
4333
4334         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4335         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4336 }
4337
4338 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4339
4340 /*
4341  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4342  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4343  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4344  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4345  * with interrupts disabled.
4346  *
4347  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4348  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4349  * hotplugged processors.
4350  *
4351  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4352  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4353  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4354  */
4355 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4356 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4357 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4358
4359 /*
4360  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4361  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4362  */
4363 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4364
4365 /* return values int ....just for stop_machine() */
4366 static int __build_all_zonelists(void *data)
4367 {
4368         int nid;
4369         int cpu;
4370         pg_data_t *self = data;
4371
4372 #ifdef CONFIG_NUMA
4373         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4374 #endif
4375
4376         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4377                 build_zonelists(self);
4378         }
4379
4380         for_each_online_node(nid) {
4381                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4382
4383                 build_zonelists(pgdat);
4384         }
4385
4386         /*
4387          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4388          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4389          * each zone will be allocated later when the per cpu
4390          * allocator is available.
4391          *
4392          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4393          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4394          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4395          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4396          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4397          * (a chicken-egg dilemma).
4398          */
4399         for_each_possible_cpu(cpu) {
4400                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4401
4402 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4403                 /*
4404                  * We now know the "local memory node" for each node--
4405                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4406                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4407                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4408                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4409                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4410                  */
4411                 if (cpu_online(cpu))
4412                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4413 #endif
4414         }
4415
4416         return 0;
4417 }
4418
4419 static noinline void __init
4420 build_all_zonelists_init(void)
4421 {
4422         __build_all_zonelists(NULL);
4423         mminit_verify_zonelist();
4424         cpuset_init_current_mems_allowed();
4425 }
4426
4427 /*
4428  * Called with zonelists_mutex held always
4429  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4430  *
4431  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4432  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4433  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4434  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4435  */
4436 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4437 {
4438         set_zonelist_order();
4439
4440         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4441                 build_all_zonelists_init();
4442         } else {
4443 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4444                 if (zone)
4445                         setup_zone_pageset(zone);
4446 #endif
4447                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4448                    of zonelist */
4449                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4450                 /* cpuset refresh routine should be here */
4451         }
4452         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4453         /*
4454          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4455          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4456          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4457          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4458          * disabled and enable it later
4459          */
4460         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4461                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4462         else
4463                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4464
4465         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
4466                 nr_online_nodes,
4467                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4468                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4469                 vm_total_pages);
4470 #ifdef CONFIG_NUMA
4471         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4472 #endif
4473 }
4474
4475 /*
4476  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4477  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4478  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4479  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4480  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4481  * conservative, even though it seems large.
4482  *
4483  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4484  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4485  */
4486 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4487
4488 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4489 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4490 {
4491         unsigned long size = 1;
4492
4493         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4494
4495         while (size < pages)
4496                 size <<= 1;
4497
4498         /*
4499          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4500          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4501          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4502          */
4503         size = min(size, 4096UL);
4504
4505         return max(size, 4UL);
4506 }
4507 #else
4508 /*
4509  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4510  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4511  *
4512  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4513  *
4514  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4515  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4516  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4517  *
4518  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4519  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4520  *
4521  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4522  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4523  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4524  */
4525 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4526 {
4527         return 4096UL;
4528 }
4529 #endif
4530
4531 /*
4532  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4533  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4534  * hash function before the remainder is taken.
4535  */
4536 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4537 {
4538         return ffz(~size);
4539 }
4540
4541 /*
4542  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4543  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4544  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4545  */
4546 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4547                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4548 {
4549         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4550         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4551         unsigned long pfn;
4552         struct zone *z;
4553         unsigned long nr_initialised = 0;
4554
4555         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4556                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4557
4558         z = &pgdat->node_zones[zone];
4559         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4560                 /*
4561                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4562                  * handed to this function.  They do not
4563                  * exist on hotplugged memory.
4564                  */
4565                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4566                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4567                                 continue;
4568                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4569                                 continue;
4570                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4571                                                 &nr_initialised))
4572                                 break;
4573                 }
4574
4575                 /*
4576                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4577                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4578                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4579                  * the address space during boot when many long-lived
4580                  * kernel allocations are made.
4581                  *
4582                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4583                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4584                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4585                  * pfn out of zone.
4586                  */
4587                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4588                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4589
4590                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4591                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4592                 } else {
4593                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4594                 }
4595         }
4596 }
4597
4598 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4599 {
4600         unsigned int order, t;
4601         for_each_migratetype_order(order, t) {
4602                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4603                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4604         }
4605 }
4606
4607 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4608 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4609         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4610 #endif
4611
4612 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4613 {
4614 #ifdef CONFIG_MMU
4615         int batch;
4616
4617         /*
4618          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4619          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4620          *
4621          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4622          */
4623         batch = zone->managed_pages / 1024;
4624         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4625                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4626         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4627         if (batch < 1)
4628                 batch = 1;
4629
4630         /*
4631          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4632          * of 2 value was found to be more likely to have
4633          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4634          *
4635          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4636          * batches of pages, one task can end up with a lot
4637          * of pages of one half of the possible page colors
4638          * and the other with pages of the other colors.
4639          */
4640         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4641
4642         return batch;
4643
4644 #else
4645         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4646          * conditions.
4647          *
4648          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4649          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4650          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4651          *
4652          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4653          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4654          * can be a significant delay between the individual batches being
4655          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4656          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4657          */
4658         return 0;
4659 #endif
4660 }
4661
4662 /*
4663  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4664  * ->batch must never be higher then ->high.
4665  * The following function updates them in a safe manner without read side
4666  * locking.
4667  *
4668  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4669  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4670  *
4671  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4672  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4673  * exist).
4674  */
4675 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4676                 unsigned long batch)
4677 {
4678        /* start with a fail safe value for batch */
4679         pcp->batch = 1;
4680         smp_wmb();
4681
4682        /* Update high, then batch, in order */
4683         pcp->high = high;
4684         smp_wmb();
4685
4686         pcp->batch = batch;
4687 }
4688
4689 /* a companion to pageset_set_high() */
4690 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4691 {
4692         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4693 }
4694
4695 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4696 {
4697         struct per_cpu_pages *pcp;
4698         int migratetype;
4699
4700         memset(p, 0, sizeof(*p));
4701
4702         pcp = &p->pcp;
4703         pcp->count = 0;
4704         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4705                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4706 }
4707
4708 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4709 {
4710         pageset_init(p);
4711         pageset_set_batch(p, batch);
4712 }
4713
4714 /*
4715  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4716  * to the value high for the pageset p.
4717  */
4718 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4719                                 unsigned long high)
4720 {
4721         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4722         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4723                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4724
4725         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4726 }
4727
4728 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4729                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4730 {
4731         if (percpu_pagelist_fraction)
4732                 pageset_set_high(pcp,
4733                         (zone->managed_pages /
4734                                 percpu_pagelist_fraction));
4735         else
4736                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4737 }
4738
4739 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4740 {
4741         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4742
4743         pageset_init(pcp);
4744         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4745 }
4746
4747 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4748 {
4749         int cpu;
4750         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4751         for_each_possible_cpu(cpu)
4752                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4753 }
4754
4755 /*
4756  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4757  * Before this call only boot pagesets were available.
4758  */
4759 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4760 {
4761         struct zone *zone;
4762
4763         for_each_populated_zone(zone)
4764                 setup_zone_pageset(zone);
4765 }
4766
4767 static noinline __init_refok
4768 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4769 {
4770         int i;
4771         size_t alloc_size;
4772
4773         /*
4774          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4775          * per zone.
4776          */
4777         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4778                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4779         zone->wait_table_bits =
4780                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4781         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4782                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4783
4784         if (!slab_is_available()) {
4785                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4786                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4787                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4788         } else {
4789                 /*
4790                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4791                  * via memory hot-add.
4792                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4793                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4794                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4795                  * node itself as well.
4796                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4797                  * necessary.
4798                  */
4799                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4800         }
4801         if (!zone->wait_table)
4802                 return -ENOMEM;
4803
4804         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4805                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4806
4807         return 0;
4808 }
4809
4810 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4811 {
4812         /*
4813          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4814          * relies on the ability of the linker to provide the
4815          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4816          */
4817         zone->pageset = &boot_pageset;
4818
4819         if (populated_zone(zone))
4820                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4821                         zone->name, zone->present_pages,
4822                                          zone_batchsize(zone));
4823 }
4824
4825 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4826                                         unsigned long zone_start_pfn,
4827                                         unsigned long size)
4828 {
4829         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4830         int ret;
4831         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4832         if (ret)
4833                 return ret;
4834         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4835
4836         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4837
4838         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4839                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4840                         pgdat->node_id,
4841                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4842                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4843
4844         zone_init_free_lists(zone);
4845
4846         return 0;
4847 }
4848
4849 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4850 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4851
4852 /*
4853  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4854  */
4855 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4856                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4857 {
4858         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4859         int nid;
4860
4861         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4862                 return state->last_nid;
4863
4864         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4865         if (nid != -1) {
4866                 state->last_start = start_pfn;
4867                 state->last_end = end_pfn;
4868                 state->last_nid = nid;
4869         }
4870
4871         return nid;
4872 }
4873 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4874
4875 /**
4876  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4877  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4878  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4879  *
4880  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4881  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4882  * memblock_free_early_nid() manually.
4883  */
4884 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4885 {
4886         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4887         int i, this_nid;
4888
4889         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4890                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4891                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4892
4893                 if (start_pfn < end_pfn)
4894                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4895                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4896                                         this_nid);
4897         }
4898 }
4899
4900 /**
4901  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4902  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4903  *
4904  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4905  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4906  */
4907 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4908 {
4909         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4910         int i, this_nid;
4911
4912         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4913                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4914 }
4915
4916 /**
4917  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4918  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4919  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4920  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4921  *
4922  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4923  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4924  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4925  * PFNs will be 0.
4926  */
4927 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4928                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4929 {
4930         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4931         int i;
4932
4933         *start_pfn = -1UL;
4934         *end_pfn = 0;
4935
4936         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4937                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4938                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4939         }
4940
4941         if (*start_pfn == -1UL)
4942                 *start_pfn = 0;
4943 }
4944
4945 /*
4946  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4947  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4948  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4949  */
4950 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4951 {
4952         int zone_index;
4953         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4954                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4955                         continue;
4956
4957                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4958                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4959                         break;
4960         }
4961
4962         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4963         movable_zone = zone_index;
4964 }
4965
4966 /*
4967  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4968  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4969  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4970  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4971  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4972  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4973  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4974  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4975  */
4976 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4977                                         unsigned long zone_type,
4978                                         unsigned long node_start_pfn,
4979                                         unsigned long node_end_pfn,
4980                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4981                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4982 {
4983         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4984         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4985                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4986                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4987                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4988                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4989                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4990
4991                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4992                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4993                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4994                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4995
4996                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4997                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4998                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4999         }
5000 }
5001
5002 /*
5003  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5004  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5005  */
5006 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5007                                         unsigned long zone_type,
5008                                         unsigned long node_start_pfn,
5009                                         unsigned long node_end_pfn,
5010                                         unsigned long *ignored)
5011 {
5012         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5013
5014         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5015         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5016                 return 0;
5017
5018         /* Get the start and end of the zone */
5019         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5020         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5021         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5022                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5023                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5024
5025         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5026         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5027                 return 0;
5028
5029         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5030         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5031         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5032
5033         /* Return the spanned pages */
5034         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5035 }
5036
5037 /*
5038  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5039  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5040  */
5041 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5042                                 unsigned long range_start_pfn,
5043                                 unsigned long range_end_pfn)
5044 {
5045         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5046         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5047         int i;
5048
5049         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5050                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5051                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5052                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5053         }
5054         return nr_absent;
5055 }
5056
5057 /**
5058  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5059  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5060  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5061  *
5062  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5063  */
5064 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5065                                                         unsigned long end_pfn)
5066 {
5067         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5068 }
5069
5070 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5071 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5072                                         unsigned long zone_type,
5073                                         unsigned long node_start_pfn,
5074                                         unsigned long node_end_pfn,
5075                                         unsigned long *ignored)
5076 {
5077         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5078         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5079         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5080
5081         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5082         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5083                 return 0;
5084
5085         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5086         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5087
5088         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5089                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5090                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5091         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5092 }
5093
5094 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5095 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5096                                         unsigned long zone_type,
5097                                         unsigned long node_start_pfn,
5098                                         unsigned long node_end_pfn,
5099                                         unsigned long *zones_size)
5100 {
5101         return zones_size[zone_type];
5102 }
5103
5104 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5105                                                 unsigned long zone_type,
5106                                                 unsigned long node_start_pfn,
5107                                                 unsigned long node_end_pfn,
5108                                                 unsigned long *zholes_size)
5109 {
5110         if (!zholes_size)
5111                 return 0;
5112
5113         return zholes_size[zone_type];
5114 }
5115
5116 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5117
5118 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5119                                                 unsigned long node_start_pfn,
5120                                                 unsigned long node_end_pfn,
5121                                                 unsigned long *zones_size,
5122                                                 unsigned long *zholes_size)
5123 {
5124         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5125         enum zone_type i;
5126
5127         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5128                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5129                 unsigned long size, real_size;
5130
5131                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5132                                                   node_start_pfn,
5133                                                   node_end_pfn,
5134                                                   zones_size);
5135                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5136                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5137                                                   zholes_size);
5138                 zone->spanned_pages = size;
5139                 zone->present_pages = real_size;
5140
5141                 totalpages += size;
5142                 realtotalpages += real_size;
5143         }
5144
5145         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5146         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5147         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5148                                                         realtotalpages);
5149 }
5150
5151 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5152 /*
5153  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5154  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5155  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5156  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5157  * bytes.
5158  */
5159 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5160 {
5161         unsigned long usemapsize;
5162
5163         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5164         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5165         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5166         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5167         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5168
5169         return usemapsize / 8;
5170 }
5171
5172 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5173                                 struct zone *zone,
5174                                 unsigned long zone_start_pfn,
5175                                 unsigned long zonesize)
5176 {
5177         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5178         zone->pageblock_flags = NULL;
5179         if (usemapsize)
5180                 zone->pageblock_flags =
5181                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5182                                                          pgdat->node_id);
5183 }
5184 #else
5185 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5186                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5187 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5188
5189 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5190
5191 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5192 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5193 {
5194         unsigned int order;
5195
5196         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5197         if (pageblock_order)
5198                 return;
5199
5200         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5201                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5202         else
5203                 order = MAX_ORDER - 1;
5204
5205         /*
5206          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5207          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5208          * powerpc.
5209          */
5210         pageblock_order = order;
5211 }
5212 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5213
5214 /*
5215  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5216  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5217  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5218  * the kernel config
5219  */
5220 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5221 {
5222 }
5223
5224 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5225
5226 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5227                                                    unsigned long present_pages)
5228 {
5229         unsigned long pages = spanned_pages;
5230
5231         /*
5232          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5233          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5234          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5235          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5236          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5237          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5238          */
5239         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5240             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5241                 pages = present_pages;
5242
5243         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5244 }
5245
5246 /*
5247  * Set up the zone data structures:
5248  *   - mark all pages reserved
5249  *   - mark all memory queues empty
5250  *   - clear the memory bitmaps
5251  *
5252  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5253  */
5254 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5255 {
5256         enum zone_type j;
5257         int nid = pgdat->node_id;
5258         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5259         int ret;
5260
5261         pgdat_resize_init(pgdat);
5262 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5263         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5264         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5265         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5266 #endif
5267         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5268         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5269         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5270
5271         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5272                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5273                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5274
5275                 size = zone->spanned_pages;
5276                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5277
5278                 /*
5279                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5280                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5281                  * and per-cpu initialisations
5282                  */
5283                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5284                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5285                         if (freesize >= memmap_pages) {
5286                                 freesize -= memmap_pages;
5287                                 if (memmap_pages)
5288                                         printk(KERN_DEBUG
5289                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5290                                                zone_names[j], memmap_pages);
5291                         } else
5292                                 printk(KERN_WARNING
5293                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5294                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5295                 }
5296
5297                 /* Account for reserved pages */
5298                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5299                         freesize -= dma_reserve;
5300                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5301                                         zone_names[0], dma_reserve);
5302                 }
5303
5304                 if (!is_highmem_idx(j))
5305                         nr_kernel_pages += freesize;
5306                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5307                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5308                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5309                 nr_all_pages += freesize;
5310
5311                 /*
5312                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5313                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5314                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5315                  */
5316                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5317 #ifdef CONFIG_NUMA
5318                 zone->node = nid;
5319                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5320                                                 / 100;
5321                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5322 #endif
5323                 zone->name = zone_names[j];
5324                 spin_lock_init(&zone->lock);
5325                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5326                 zone_seqlock_init(zone);
5327                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5328                 zone_pcp_init(zone);
5329
5330                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5331                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5332
5333                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5334                 if (!size)
5335                         continue;
5336
5337                 set_pageblock_order();
5338                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5339                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5340                 BUG_ON(ret);
5341                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5342                 zone_start_pfn += size;
5343         }
5344 }
5345
5346 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5347 {
5348         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5349         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5350
5351         /* Skip empty nodes */
5352         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5353                 return;
5354
5355 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5356         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5357         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5358         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5359         if (!pgdat->node_mem_map) {
5360                 unsigned long size, end;
5361                 struct page *map;
5362
5363                 /*
5364                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5365                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5366                  * for the buddy allocator to function correctly.
5367                  */
5368                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5369                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5370                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5371                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5372                 if (!map)
5373                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5374                                                                pgdat->node_id);
5375                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5376         }
5377 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5378         /*
5379          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5380          */
5381         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5382                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5383 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5384                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5385                         mem_map -= offset;
5386 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5387         }
5388 #endif
5389 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5390 }
5391
5392 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5393                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5394 {
5395         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5396         unsigned long start_pfn = 0;
5397         unsigned long end_pfn = 0;
5398
5399         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5400         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5401
5402         pgdat->node_id = nid;
5403         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5404 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5405         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5406         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5407                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5408                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5409 #endif
5410         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5411                                   zones_size, zholes_size);
5412
5413         alloc_node_mem_map(pgdat);
5414 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5415         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5416                 nid, (unsigned long)pgdat,
5417                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5418 #endif
5419
5420         reset_deferred_meminit(pgdat);
5421         free_area_init_core(pgdat);
5422 }
5423
5424 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5425
5426 #if MAX_NUMNODES > 1
5427 /*
5428  * Figure out the number of possible node ids.
5429  */
5430 void __init setup_nr_node_ids(void)
5431 {
5432         unsigned int highest;
5433
5434         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5435         nr_node_ids = highest + 1;
5436 }
5437 #endif
5438
5439 /**
5440  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5441  *
5442  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5443  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5444  * all the nodes.
5445  *
5446  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5447  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5448  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5449  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5450  *
5451  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5452  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5453  * populated node map.
5454  *
5455  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5456  * requirement (single node).
5457  */
5458 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5459 {
5460         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5461         unsigned long start, end, mask;
5462         int last_nid = -1;
5463         int i, nid;
5464
5465         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5466                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5467                         last_nid = nid;
5468                         last_end = end;
5469                         continue;
5470                 }
5471
5472                 /*
5473                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5474                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5475                  * too coarse to separate the current node from the last.
5476                  */
5477                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5478                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5479                         mask <<= 1;
5480
5481                 /* accumulate all internode masks */
5482                 accl_mask |= mask;
5483         }
5484
5485         /* convert mask to number of pages */
5486         return ~accl_mask + 1;
5487 }
5488
5489 /* Find the lowest pfn for a node */
5490 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5491 {
5492         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5493         unsigned long start_pfn;
5494         int i;
5495
5496         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5497                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5498
5499         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5500                 printk(KERN_WARNING
5501                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5502                 return 0;
5503         }
5504
5505         return min_pfn;
5506 }
5507
5508 /**
5509  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5510  *
5511  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5512  * memblock_set_node().
5513  */
5514 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5515 {
5516         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5517 }
5518
5519 /*
5520  * early_calculate_totalpages()
5521  * Sum pages in active regions for movable zone.
5522  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5523  */
5524 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5525 {
5526         unsigned long totalpages = 0;
5527         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5528         int i, nid;
5529
5530         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5531                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5532
5533                 totalpages += pages;
5534                 if (pages)
5535                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5536         }
5537         return totalpages;
5538 }
5539
5540 /*
5541  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5542  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5543  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5544  * others
5545  */
5546 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5547 {
5548         int i, nid;
5549         unsigned long usable_startpfn;
5550         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5551         /* save the state before borrow the nodemask */
5552         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5553         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5554         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5555         struct memblock_region *r;
5556
5557         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5558         find_usable_zone_for_movable();
5559
5560         /*
5561          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5562          * options.
5563          */
5564         if (movable_node_is_enabled()) {
5565                 for_each_memblock(memory, r) {
5566                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5567                                 continue;
5568
5569                         nid = r->nid;
5570
5571                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5572                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5573                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5574                                 usable_startpfn;
5575                 }
5576
5577                 goto out2;
5578         }
5579
5580         /*
5581          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5582          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5583          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5584          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5585          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5586          * what movablecore would have allowed.
5587          */
5588         if (required_movablecore) {
5589                 unsigned long corepages;
5590
5591                 /*
5592                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5593                  * was requested by the user
5594                  */
5595                 required_movablecore =
5596                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5597                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5598                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5599
5600                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5601         }
5602
5603         /*
5604          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5605          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5606          */
5607         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5608                 goto out;
5609
5610         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5611         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5612
5613 restart:
5614         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5615         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5616         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5617                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5618
5619                 /*
5620                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5621                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5622                  * amount of memory for the kernel
5623                  */
5624                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5625                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5626
5627                 /*
5628                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5629                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5630                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5631                  */
5632                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5633
5634                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5635                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5636                         unsigned long size_pages;
5637
5638                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5639                         if (start_pfn >= end_pfn)
5640                                 continue;
5641
5642                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5643                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5644                                 unsigned long kernel_pages;
5645                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5646                                                                 - start_pfn;
5647
5648                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5649                                                         kernelcore_remaining);
5650                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5651                                                         required_kernelcore);
5652
5653                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5654                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5655
5656                                         /*
5657                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5658                                          * that if we have to rebalance
5659                                          * kernelcore across nodes, we will
5660                                          * not double account here
5661                                          */
5662                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5663                                         continue;
5664                                 }
5665                                 start_pfn = usable_startpfn;
5666                         }
5667
5668                         /*
5669                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5670                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5671                          * number of pages used as kernelcore
5672                          */
5673                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5674                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5675                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5676                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5677
5678                         /*
5679                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5680                          * break if the kernelcore for this node has been
5681                          * satisfied
5682                          */
5683                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5684                                                                 size_pages);
5685                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5686                         if (!kernelcore_remaining)
5687                                 break;
5688                 }
5689         }
5690
5691         /*
5692          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5693          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5694          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5695          * satisfied
5696          */
5697         usable_nodes--;
5698         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5699                 goto restart;
5700
5701 out2:
5702         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5703         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5704                 zone_movable_pfn[nid] =
5705                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5706
5707 out:
5708         /* restore the node_state */
5709         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5710 }
5711
5712 /* Any regular or high memory on that node ? */
5713 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5714 {
5715         enum zone_type zone_type;
5716
5717         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5718                 return;
5719
5720         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5721                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5722                 if (populated_zone(zone)) {
5723                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5724                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5725                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5726                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5727                         break;
5728                 }
5729         }
5730 }
5731
5732 /**
5733  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5734  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5735  *
5736  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5737  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5738  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5739  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5740  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5741  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5742  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5743  * at arch_max_dma_pfn.
5744  */
5745 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5746 {
5747         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5748         int i, nid;
5749
5750         /* Record where the zone boundaries are */
5751         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5752                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5753         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5754                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5755
5756         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
5757
5758         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5759                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5760                         continue;
5761
5762                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
5763                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
5764                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
5765
5766                 start_pfn = end_pfn;
5767         }
5768         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5769         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5770
5771         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5772         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5773         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5774
5775         /* Print out the zone ranges */
5776         pr_info("Zone ranges:\n");
5777         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5778                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5779                         continue;
5780                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5781                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5782                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5783                         pr_cont("empty\n");
5784                 else
5785                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5786                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5787                                         << PAGE_SHIFT,
5788                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5789                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5790         }
5791
5792         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5793         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5794         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5795                 if (zone_movable_pfn[i])
5796                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5797                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5798         }
5799
5800         /* Print out the early node map */
5801         pr_info("Early memory node ranges\n");
5802         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5803                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5804                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5805                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5806
5807         /* Initialise every node */
5808         mminit_verify_pageflags_layout();
5809         setup_nr_node_ids();
5810         for_each_online_node(nid) {
5811                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5812                 free_area_init_node(nid, NULL,
5813                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5814
5815                 /* Any memory on that node */
5816                 if (pgdat->node_present_pages)
5817                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5818                 check_for_memory(pgdat, nid);
5819         }
5820 }
5821
5822 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5823 {
5824         unsigned long long coremem;
5825         if (!p)
5826                 return -EINVAL;
5827
5828         coremem = memparse(p, &p);
5829         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5830
5831         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5832         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5833
5834         return 0;
5835 }
5836
5837 /*
5838  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5839  * cannot be reclaimed or migrated.
5840  */
5841 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5842 {
5843         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5844 }
5845
5846 /*
5847  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5848  * can be reclaimed or migrated.
5849  */
5850 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5851 {
5852         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5853 }
5854
5855 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5856 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5857
5858 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5859
5860 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5861 {
5862         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5863         page_zone(page)->managed_pages += count;
5864         totalram_pages += count;
5865 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5866         if (PageHighMem(page))
5867                 totalhigh_pages += count;
5868 #endif
5869         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5870 }
5871 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5872
5873 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5874 {
5875         void *pos;
5876         unsigned long pages = 0;
5877
5878         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5879         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5880         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5881                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5882                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5883                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5884         }
5885
5886         if (pages && s)
5887                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
5888                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
5889
5890         return pages;
5891 }
5892 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5893
5894 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5895 void free_highmem_page(struct page *page)
5896 {
5897         __free_reserved_page(page);
5898         totalram_pages++;
5899         page_zone(page)->managed_pages++;
5900         totalhigh_pages++;
5901 }
5902 #endif
5903
5904
5905 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5906 {
5907         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5908         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5909
5910         physpages = get_num_physpages();
5911         codesize = _etext - _stext;
5912         datasize = _edata - _sdata;
5913         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5914         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5915         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5916         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5917
5918         /*
5919          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5920          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5921          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5922          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5923          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5924          */
5925 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5926         do { \
5927                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5928                         size -= adj; \
5929         } while (0)
5930
5931         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5932                      _sinittext, init_code_size);
5933         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5934         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5935         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5936         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5937
5938 #undef  adj_init_size
5939
5940         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5941 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5942                 ", %luK highmem"
5943 #endif
5944                 "%s%s)\n",
5945                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
5946                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
5947                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5948                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5949                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
5950                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
5951 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5952                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
5953 #endif
5954                 str ? ", " : "", str ? str : "");
5955 }
5956
5957 /**
5958  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5959  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5960  *
5961  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
5962  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5963  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5964  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5965  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5966  * smaller per-cpu batchsize.
5967  */
5968 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5969 {
5970         dma_reserve = new_dma_reserve;
5971 }
5972
5973 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5974 {
5975         free_area_init_node(0, zones_size,
5976                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5977 }
5978
5979 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5980                                  unsigned long action, void *hcpu)
5981 {
5982         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5983
5984         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5985                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5986                 drain_pages(cpu);
5987
5988                 /*
5989                  * Spill the event counters of the dead processor
5990                  * into the current processors event counters.
5991                  * This artificially elevates the count of the current
5992                  * processor.
5993                  */
5994                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5995
5996                 /*
5997                  * Zero the differential counters of the dead processor
5998                  * so that the vm statistics are consistent.
5999                  *
6000                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6001                  * race with what we are doing.
6002                  */
6003                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6004         }
6005         return NOTIFY_OK;
6006 }
6007
6008 void __init page_alloc_init(void)
6009 {
6010         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6011 }
6012
6013 /*
6014  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6015  *      or min_free_kbytes changes.
6016  */
6017 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6018 {
6019         struct pglist_data *pgdat;
6020         unsigned long reserve_pages = 0;
6021         enum zone_type i, j;
6022
6023         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6024                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6025                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6026                         long max = 0;
6027
6028                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6029                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6030                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6031                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6032                         }
6033
6034                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6035                         max += high_wmark_pages(zone);
6036
6037                         if (max > zone->managed_pages)
6038                                 max = zone->managed_pages;
6039                         reserve_pages += max;
6040                         /*
6041                          * Lowmem reserves are not available to
6042                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6043                          * kswapd tries to balance zones to their high
6044                          * watermark.  As a result, neither should be
6045                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6046                          * situation where reclaim has to clean pages
6047                          * in order to balance the zones.
6048                          */
6049                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6050                 }
6051         }
6052         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6053         totalreserve_pages = reserve_pages;
6054 }
6055
6056 /*
6057  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6058  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6059  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6060  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6061  */
6062 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6063 {
6064         struct pglist_data *pgdat;
6065         enum zone_type j, idx;
6066
6067         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6068                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6069                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6070                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6071
6072                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6073
6074                         idx = j;
6075                         while (idx) {
6076                                 struct zone *lower_zone;
6077
6078                                 idx--;
6079
6080                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6081                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6082
6083                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6084                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6085                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6086                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6087                         }
6088                 }
6089         }
6090
6091         /* update totalreserve_pages */
6092         calculate_totalreserve_pages();
6093 }
6094
6095 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6096 {
6097         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6098         unsigned long pages_low = extra_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6099         unsigned long lowmem_pages = 0;
6100         struct zone *zone;
6101         unsigned long flags;
6102
6103         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6104         for_each_zone(zone) {
6105                 if (!is_highmem(zone))
6106                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6107         }
6108
6109         for_each_zone(zone) {
6110                 u64 min, low;
6111
6112                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6113                 min = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6114                 do_div(min, lowmem_pages);
6115                 low = (u64)pages_low * zone->managed_pages;
6116                 do_div(low, vm_total_pages);
6117
6118                 if (is_highmem(zone)) {
6119                         /*
6120                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6121                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6122                          * value here.
6123                          *
6124                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6125                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6126                          * not be capped for highmem.
6127                          */
6128                         unsigned long min_pages;
6129
6130                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6131                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6132                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6133                 } else {
6134                         /*
6135                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6136                          * proportionate to the zone's size.
6137                          */
6138                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min;
6139                 }
6140
6141                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) +
6142                                         low + (min >> 2);
6143                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) +
6144                                         low + (min >> 1);
6145
6146                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6147                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6148                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6149
6150                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6151         }
6152
6153         /* update totalreserve_pages */
6154         calculate_totalreserve_pages();
6155 }
6156
6157 /**
6158  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6159  * or when memory is hot-{added|removed}
6160  *
6161  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6162  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6163  */
6164 void setup_per_zone_wmarks(void)
6165 {
6166         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6167         __setup_per_zone_wmarks();
6168         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6169 }
6170
6171 /*
6172  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6173  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6174  * to be referenced again before it is swapped out.
6175  *
6176  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6177  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6178  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6179  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6180  *
6181  * total     target    max
6182  * memory    ratio     inactive anon
6183  * -------------------------------------
6184  *   10MB       1         5MB
6185  *  100MB       1        50MB
6186  *    1GB       3       250MB
6187  *   10GB      10       0.9GB
6188  *  100GB      31         3GB
6189  *    1TB     101        10GB
6190  *   10TB     320        32GB
6191  */
6192 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6193 {
6194         unsigned int gb, ratio;
6195
6196         /* Zone size in gigabytes */
6197         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6198         if (gb)
6199                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6200         else
6201                 ratio = 1;
6202
6203         zone->inactive_ratio = ratio;
6204 }
6205
6206 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6207 {
6208         struct zone *zone;
6209
6210         for_each_zone(zone)
6211                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6212 }
6213
6214 /*
6215  * Initialise min_free_kbytes.
6216  *
6217  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6218  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6219  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6220  *
6221  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6222  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6223  *
6224  * which yields
6225  *
6226  * 16MB:        512k
6227  * 32MB:        724k
6228  * 64MB:        1024k
6229  * 128MB:       1448k
6230  * 256MB:       2048k
6231  * 512MB:       2896k
6232  * 1024MB:      4096k
6233  * 2048MB:      5792k
6234  * 4096MB:      8192k
6235  * 8192MB:      11584k
6236  * 16384MB:     16384k
6237  */
6238 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6239 {
6240         unsigned long lowmem_kbytes;
6241         int new_min_free_kbytes;
6242
6243         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6244         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6245
6246         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6247                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6248                 if (min_free_kbytes < 128)
6249                         min_free_kbytes = 128;
6250                 if (min_free_kbytes > 65536)
6251                         min_free_kbytes = 65536;
6252         } else {
6253                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6254                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6255         }
6256         setup_per_zone_wmarks();
6257         refresh_zone_stat_thresholds();
6258         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6259         setup_per_zone_inactive_ratio();
6260         return 0;
6261 }
6262 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6263
6264 /*
6265  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6266  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6267  *      or extra_free_kbytes changes.
6268  */
6269 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6270         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6271 {
6272         int rc;
6273
6274         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6275         if (rc)
6276                 return rc;
6277
6278         if (write) {
6279                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6280                 setup_per_zone_wmarks();
6281         }
6282         return 0;
6283 }
6284
6285 #ifdef CONFIG_NUMA
6286 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6287         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6288 {
6289         struct zone *zone;
6290         int rc;
6291
6292         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6293         if (rc)
6294                 return rc;
6295
6296         for_each_zone(zone)
6297                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6298                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6299         return 0;
6300 }
6301
6302 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6303         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6304 {
6305         struct zone *zone;
6306         int rc;
6307
6308         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6309         if (rc)
6310                 return rc;
6311
6312         for_each_zone(zone)
6313                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6314                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6315         return 0;
6316 }
6317 #endif
6318
6319 /*
6320  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6321  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6322  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6323  *
6324  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6325  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6326  * if in function of the boot time zone sizes.
6327  */
6328 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6329         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6330 {
6331         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6332         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6333         return 0;
6334 }
6335
6336 /*
6337  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6338  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6339  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6340  */
6341 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6342         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6343 {
6344         struct zone *zone;
6345         int old_percpu_pagelist_fraction;
6346         int ret;
6347
6348         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6349         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6350
6351         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6352         if (!write || ret < 0)
6353                 goto out;
6354
6355         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6356         if (percpu_pagelist_fraction &&
6357             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6358                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6359                 ret = -EINVAL;
6360                 goto out;
6361         }
6362
6363         /* No change? */
6364         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6365                 goto out;
6366
6367         for_each_populated_zone(zone) {
6368                 unsigned int cpu;
6369
6370                 for_each_possible_cpu(cpu)
6371                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6372                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6373         }
6374 out:
6375         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6376         return ret;
6377 }
6378
6379 #ifdef CONFIG_NUMA
6380 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6381
6382 static int __init set_hashdist(char *str)
6383 {
6384         if (!str)
6385                 return 0;
6386         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6387         return 1;
6388 }
6389 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6390 #endif
6391
6392 /*
6393  * allocate a large system hash table from bootmem
6394  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6395  *   quantity of entries
6396  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6397  */
6398 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6399                                      unsigned long bucketsize,
6400                                      unsigned long numentries,
6401                                      int scale,
6402                                      int flags,
6403                                      unsigned int *_hash_shift,
6404                                      unsigned int *_hash_mask,
6405                                      unsigned long low_limit,
6406                                      unsigned long high_limit)
6407 {
6408         unsigned long long max = high_limit;
6409         unsigned long log2qty, size;
6410         void *table = NULL;
6411
6412         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6413         if (!numentries) {
6414                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6415                 numentries = nr_kernel_pages;
6416
6417                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6418                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6419                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6420
6421                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6422                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6423                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6424                 else
6425                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6426
6427                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6428                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6429                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6430                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6431                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6432                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6433                                 BUG_ON(!numentries);
6434                         }
6435                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6436                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6437         }
6438         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6439
6440         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6441         if (max == 0) {
6442                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6443                 do_div(max, bucketsize);
6444         }
6445         max = min(max, 0x80000000ULL);
6446
6447         if (numentries < low_limit)
6448                 numentries = low_limit;
6449         if (numentries > max)
6450                 numentries = max;
6451
6452         log2qty = ilog2(numentries);
6453
6454         do {
6455                 size = bucketsize << log2qty;
6456                 if (flags & HASH_EARLY)
6457                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6458                 else if (hashdist)
6459                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6460                 else {
6461                         /*
6462                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6463                          * some pages at the end of hash table which
6464                          * alloc_pages_exact() automatically does
6465                          */
6466                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6467                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6468                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6469                         }
6470                 }
6471         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6472
6473         if (!table)
6474                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6475
6476         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6477                tablename,
6478                (1UL << log2qty),
6479                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6480                size);
6481
6482         if (_hash_shift)
6483                 *_hash_shift = log2qty;
6484         if (_hash_mask)
6485                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6486
6487         return table;
6488 }
6489
6490 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6491 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6492                                                         unsigned long pfn)
6493 {
6494 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6495         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6496 #else
6497         return zone->pageblock_flags;
6498 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6499 }
6500
6501 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6502 {
6503 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6504         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6505         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6506 #else
6507         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6508         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6509 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6510 }
6511
6512 /**
6513  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6514  * @page: The page within the block of interest
6515  * @pfn: The target page frame number
6516  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6517  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6518  *
6519  * Return: pageblock_bits flags
6520  */
6521 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6522                                         unsigned long end_bitidx,
6523                                         unsigned long mask)
6524 {
6525         struct zone *zone;
6526         unsigned long *bitmap;
6527         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6528         unsigned long word;
6529
6530         zone = page_zone(page);
6531         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6532         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6533         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6534         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6535
6536         word = bitmap[word_bitidx];
6537         bitidx += end_bitidx;
6538         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6539 }
6540
6541 /**
6542  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6543  * @page: The page within the block of interest
6544  * @flags: The flags to set
6545  * @pfn: The target page frame number
6546  * @end_bitidx: The last bit of interest
6547  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6548  */
6549 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6550                                         unsigned long pfn,
6551                                         unsigned long end_bitidx,
6552                                         unsigned long mask)
6553 {
6554         struct zone *zone;
6555         unsigned long *bitmap;
6556         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6557         unsigned long old_word, word;
6558
6559         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6560
6561         zone = page_zone(page);
6562         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6563         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6564         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6565         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6566
6567         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6568
6569         bitidx += end_bitidx;
6570         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6571         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6572
6573         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6574         for (;;) {
6575                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6576                 if (word == old_word)
6577                         break;
6578                 word = old_word;
6579         }
6580 }
6581
6582 /*
6583  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6584  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6585  *
6586  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6587  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6588  * expect this function should be exact.
6589  */
6590 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6591                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6592 {
6593         unsigned long pfn, iter, found;
6594         int mt;
6595
6596         /*
6597          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6598          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6599          */
6600         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6601                 return false;
6602         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6603         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6604                 return false;
6605
6606         pfn = page_to_pfn(page);
6607         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6608                 unsigned long check = pfn + iter;
6609
6610                 if (!pfn_valid_within(check))
6611                         continue;
6612
6613                 page = pfn_to_page(check);
6614
6615                 /*
6616                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6617                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6618                  * handle each tail page individually in migration.
6619                  */
6620                 if (PageHuge(page)) {
6621                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6622                         continue;
6623                 }
6624
6625                 /*
6626                  * We can't use page_count without pin a page
6627                  * because another CPU can free compound page.
6628                  * This check already skips compound tails of THP
6629                  * because their page->_count is zero at all time.
6630                  */
6631                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6632                         if (PageBuddy(page))
6633                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6634                         continue;
6635                 }
6636
6637                 /*
6638                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6639                  * page_count() is not 0.
6640                  */
6641                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6642                         continue;
6643
6644                 if (!PageLRU(page))
6645                         found++;
6646                 /*
6647                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6648                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6649                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6650                  */
6651                 /*
6652                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6653                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6654                  *
6655                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6656                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6657                  * page at boot.
6658                  */
6659                 if (found > count)
6660                         return true;
6661         }
6662         return false;
6663 }
6664
6665 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6666 {
6667         struct zone *zone;
6668         unsigned long pfn;
6669
6670         /*
6671          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6672          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6673          * the zone but still within the section.
6674          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6675          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6676          */
6677         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6678                 return false;
6679
6680         zone = page_zone(page);
6681         pfn = page_to_pfn(page);
6682         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6683                 return false;
6684
6685         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6686 }
6687
6688 #ifdef CONFIG_CMA
6689
6690 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6691 {
6692         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6693                              pageblock_nr_pages) - 1);
6694 }
6695
6696 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6697 {
6698         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6699                                 pageblock_nr_pages));
6700 }
6701
6702 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6703 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6704                                         unsigned long start, unsigned long end)
6705 {
6706         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6707         unsigned long nr_reclaimed;
6708         unsigned long pfn = start;
6709         unsigned int tries = 0;
6710         int ret = 0;
6711
6712         migrate_prep();
6713
6714         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6715                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6716                         ret = -EINTR;
6717                         break;
6718                 }
6719
6720                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6721                         cc->nr_migratepages = 0;
6722                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6723                         if (!pfn) {
6724                                 ret = -EINTR;
6725                                 break;
6726                         }
6727                         tries = 0;
6728                 } else if (++tries == 5) {
6729                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6730                         break;
6731                 }
6732
6733                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6734                                                         &cc->migratepages);
6735                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6736
6737                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6738                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6739         }
6740         if (ret < 0) {
6741                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6742                 return ret;
6743         }
6744         return 0;
6745 }
6746
6747 /**
6748  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6749  * @start:      start PFN to allocate
6750  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6751  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6752  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6753  *                      in range must have the same migratetype and it must
6754  *                      be either of the two.
6755  *
6756  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6757  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6758  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6759  * pages fall in.
6760  *
6761  * The PFN range must belong to a single zone.
6762  *
6763  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6764  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6765  * need to be freed with free_contig_range().
6766  */
6767 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6768                        unsigned migratetype)
6769 {
6770         unsigned long outer_start, outer_end;
6771         unsigned int order;
6772         int ret = 0;
6773
6774         struct compact_control cc = {
6775                 .nr_migratepages = 0,
6776                 .order = -1,
6777                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6778                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6779                 .ignore_skip_hint = true,
6780         };
6781         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6782
6783         /*
6784          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6785          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6786          * have different sizes, and due to the way page allocator
6787          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6788          * that page allocator won't try to merge buddies from
6789          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6790          * other migration type.
6791          *
6792          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6793          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6794          * we are interested in).  This will put all the pages in
6795          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6796          *
6797          * When this is done, we take the pages in range from page
6798          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6799          * page allocator will never consider using them.
6800          *
6801          * This lets us mark the pageblocks back as
6802          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6803          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6804          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6805          */
6806
6807         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6808                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6809                                        false);
6810         if (ret)
6811                 return ret;
6812
6813         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6814         if (ret)
6815                 goto done;
6816
6817         /*
6818          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6819          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6820          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6821          * What we are going to do is to allocate all pages from
6822          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6823          *
6824          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6825          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6826          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6827          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6828          * once this is done free the pages we are not interested in.
6829          *
6830          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6831          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6832          */
6833
6834         lru_add_drain_all();
6835         drain_all_pages(cc.zone);
6836
6837         order = 0;
6838         outer_start = start;
6839         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6840                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6841                         ret = -EBUSY;
6842                         goto done;
6843                 }
6844                 outer_start &= ~0UL << order;
6845         }
6846
6847         /* Make sure the range is really isolated. */
6848         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6849                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6850                         __func__, outer_start, end);
6851                 ret = -EBUSY;
6852                 goto done;
6853         }
6854
6855         /* Grab isolated pages from freelists. */
6856         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6857         if (!outer_end) {
6858                 ret = -EBUSY;
6859                 goto done;
6860         }
6861
6862         /* Free head and tail (if any) */
6863         if (start != outer_start)
6864                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6865         if (end != outer_end)
6866                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6867
6868 done:
6869         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6870                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6871         return ret;
6872 }
6873
6874 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6875 {
6876         unsigned int count = 0;
6877
6878         for (; nr_pages--; pfn++) {
6879                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6880
6881                 count += page_count(page) != 1;
6882                 __free_page(page);
6883         }
6884         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6885 }
6886 #endif
6887
6888 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6889 /*
6890  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6891  * page high values need to be recalulated.
6892  */
6893 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6894 {
6895         unsigned cpu;
6896         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6897         for_each_possible_cpu(cpu)
6898                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6899                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6900         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6901 }
6902 #endif
6903
6904 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6905 {
6906         unsigned long flags;
6907         int cpu;
6908         struct per_cpu_pageset *pset;
6909
6910         /* avoid races with drain_pages()  */
6911         local_irq_save(flags);
6912         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6913                 for_each_online_cpu(cpu) {
6914                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6915                         drain_zonestat(zone, pset);
6916                 }
6917                 free_percpu(zone->pageset);
6918                 zone->pageset = &boot_pageset;
6919         }
6920         local_irq_restore(flags);
6921 }
6922
6923 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6924 /*
6925  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6926  */
6927 void
6928 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6929 {
6930         struct page *page;
6931         struct zone *zone;
6932         unsigned int order, i;
6933         unsigned long pfn;
6934         unsigned long flags;
6935         /* find the first valid pfn */
6936         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6937                 if (pfn_valid(pfn))
6938                         break;
6939         if (pfn == end_pfn)
6940                 return;
6941         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6942         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6943         pfn = start_pfn;
6944         while (pfn < end_pfn) {
6945                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6946                         pfn++;
6947                         continue;
6948                 }
6949                 page = pfn_to_page(pfn);
6950                 /*
6951                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6952                  * page_count() is not 0.
6953                  */
6954                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6955                         pfn++;
6956                         SetPageReserved(page);
6957                         continue;
6958                 }
6959
6960                 BUG_ON(page_count(page));
6961                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6962                 order = page_order(page);
6963 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6964                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6965                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6966 #endif
6967                 list_del(&page->lru);
6968                 rmv_page_order(page);
6969                 zone->free_area[order].nr_free--;
6970                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6971                         SetPageReserved((page+i));
6972                 pfn += (1 << order);
6973         }
6974         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6975 }
6976 #endif
6977
6978 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6979 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6980 {
6981         struct zone *zone = page_zone(page);
6982         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6983         unsigned long flags;
6984         unsigned int order;
6985
6986         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6987         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6988                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6989
6990                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6991                         break;
6992         }
6993         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6994
6995         return order < MAX_ORDER;
6996 }
6997 #endif