OSDN Git Service

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