OSDN Git Service

Merge branch 'master' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6
[uclinux-h8/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/rwsem.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/jiffies.h>
24 #include <linux/bootmem.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kmemcheck.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/notifier.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118 /*
119  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
120  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
121  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
122  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
123  */
124 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
125
126 int percpu_pagelist_fraction;
127 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
128
129 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
130 /*
131  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
132  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
133  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
134  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
135  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
136  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
137  */
138
139 static gfp_t saved_gfp_mask;
140
141 void pm_restore_gfp_mask(void)
142 {
143         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
144         if (saved_gfp_mask) {
145                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
146                 saved_gfp_mask = 0;
147         }
148 }
149
150 void pm_restrict_gfp_mask(void)
151 {
152         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
153         WARN_ON(saved_gfp_mask);
154         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
155         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
156 }
157
158 bool pm_suspended_storage(void)
159 {
160         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
161                 return false;
162         return true;
163 }
164 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
165
166 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
167 int pageblock_order __read_mostly;
168 #endif
169
170 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
171
172 /*
173  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
174  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
175  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
176  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
177  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
178  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
179  *
180  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
181  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
182  */
183 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
184 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
185          256,
186 #endif
187 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
188          256,
189 #endif
190 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
191          32,
192 #endif
193          32,
194 };
195
196 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
197
198 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
199 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
200          "DMA",
201 #endif
202 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
203          "DMA32",
204 #endif
205          "Normal",
206 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
207          "HighMem",
208 #endif
209          "Movable",
210 };
211
212 int min_free_kbytes = 1024;
213 int user_min_free_kbytes = -1;
214
215 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
216 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
217 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
218
219 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
220 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
221 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
222 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
223 static unsigned long __initdata required_movablecore;
224 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
225
226 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
227 int movable_zone;
228 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
229 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
230
231 #if MAX_NUMNODES > 1
232 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
233 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
234 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
235 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
236 #endif
237
238 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
239
240 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
241 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
242 {
243         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
244 }
245
246 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
247 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
248 {
249         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
250
251         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
252                 return true;
253
254         return false;
255 }
256
257 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
258 {
259         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
260                 return true;
261
262         return false;
263 }
264
265 /*
266  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
267  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
268  */
269 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
270                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
271                                 unsigned long *nr_initialised)
272 {
273         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
274         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
275                 return true;
276
277         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
278         (*nr_initialised)++;
279         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
280             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
281                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
282                 return false;
283         }
284
285         return true;
286 }
287 #else
288 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
289 {
290 }
291
292 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
293 {
294         return false;
295 }
296
297 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
298 {
299         return false;
300 }
301
302 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
303                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
304                                 unsigned long *nr_initialised)
305 {
306         return true;
307 }
308 #endif
309
310
311 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
312 {
313         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
314                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
315                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
316
317         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
318                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
319 }
320
321 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
322 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
323 {
324         int ret = 0;
325         unsigned seq;
326         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
327         unsigned long sp, start_pfn;
328
329         do {
330                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
331                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
332                 sp = zone->spanned_pages;
333                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
334                         ret = 1;
335         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
336
337         if (ret)
338                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
339                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
340                         start_pfn, start_pfn + sp);
341
342         return ret;
343 }
344
345 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
346 {
347         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
348                 return 0;
349         if (zone != page_zone(page))
350                 return 0;
351
352         return 1;
353 }
354 /*
355  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
356  */
357 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
358 {
359         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
360                 return 1;
361         if (!page_is_consistent(zone, page))
362                 return 1;
363
364         return 0;
365 }
366 #else
367 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
368 {
369         return 0;
370 }
371 #endif
372
373 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
374                 unsigned long bad_flags)
375 {
376         static unsigned long resume;
377         static unsigned long nr_shown;
378         static unsigned long nr_unshown;
379
380         /* Don't complain about poisoned pages */
381         if (PageHWPoison(page)) {
382                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
383                 return;
384         }
385
386         /*
387          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
388          * or allow a steady drip of one report per second.
389          */
390         if (nr_shown == 60) {
391                 if (time_before(jiffies, resume)) {
392                         nr_unshown++;
393                         goto out;
394                 }
395                 if (nr_unshown) {
396                         printk(KERN_ALERT
397                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
398                                 nr_unshown);
399                         nr_unshown = 0;
400                 }
401                 nr_shown = 0;
402         }
403         if (nr_shown++ == 0)
404                 resume = jiffies + 60 * HZ;
405
406         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
407                 current->comm, page_to_pfn(page));
408         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
409
410         print_modules();
411         dump_stack();
412 out:
413         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
414         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
415         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
416 }
417
418 /*
419  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
420  *
421  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
422  *
423  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
424  *
425  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
426  * pointing at the head page.
427  *
428  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
429  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
430  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
431  */
432
433 static void free_compound_page(struct page *page)
434 {
435         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
436 }
437
438 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
439 {
440         int i;
441         int nr_pages = 1 << order;
442
443         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
444         set_compound_order(page, order);
445         __SetPageHead(page);
446         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
447                 struct page *p = page + i;
448                 set_page_count(p, 0);
449                 p->first_page = page;
450                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
451                 smp_wmb();
452                 __SetPageTail(p);
453         }
454 }
455
456 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
457 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
458 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
459 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
460
461 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
462 {
463         if (!buf)
464                 return -EINVAL;
465
466         if (strcmp(buf, "on") == 0)
467                 _debug_pagealloc_enabled = true;
468
469         return 0;
470 }
471 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
472
473 static bool need_debug_guardpage(void)
474 {
475         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
476         if (!debug_pagealloc_enabled())
477                 return false;
478
479         return true;
480 }
481
482 static void init_debug_guardpage(void)
483 {
484         if (!debug_pagealloc_enabled())
485                 return;
486
487         _debug_guardpage_enabled = true;
488 }
489
490 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
491         .need = need_debug_guardpage,
492         .init = init_debug_guardpage,
493 };
494
495 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
496 {
497         unsigned long res;
498
499         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
500                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
501                 return 0;
502         }
503         _debug_guardpage_minorder = res;
504         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
505         return 0;
506 }
507 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
508
509 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
510                                 unsigned int order, int migratetype)
511 {
512         struct page_ext *page_ext;
513
514         if (!debug_guardpage_enabled())
515                 return;
516
517         page_ext = lookup_page_ext(page);
518         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
519
520         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
521         set_page_private(page, order);
522         /* Guard pages are not available for any usage */
523         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
524 }
525
526 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
527                                 unsigned int order, int migratetype)
528 {
529         struct page_ext *page_ext;
530
531         if (!debug_guardpage_enabled())
532                 return;
533
534         page_ext = lookup_page_ext(page);
535         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
536
537         set_page_private(page, 0);
538         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
539                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
540 }
541 #else
542 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
543 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
544                                 unsigned int order, int migratetype) {}
545 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
546                                 unsigned int order, int migratetype) {}
547 #endif
548
549 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
550 {
551         set_page_private(page, order);
552         __SetPageBuddy(page);
553 }
554
555 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
556 {
557         __ClearPageBuddy(page);
558         set_page_private(page, 0);
559 }
560
561 /*
562  * This function checks whether a page is free && is the buddy
563  * we can do coalesce a page and its buddy if
564  * (a) the buddy is not in a hole &&
565  * (b) the buddy is in the buddy system &&
566  * (c) a page and its buddy have the same order &&
567  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
568  *
569  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
570  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
571  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
572  * serialized by zone->lock.
573  *
574  * For recording page's order, we use page_private(page).
575  */
576 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
577                                                         unsigned int order)
578 {
579         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
580                 return 0;
581
582         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
583                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
584                         return 0;
585
586                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
587
588                 return 1;
589         }
590
591         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
592                 /*
593                  * zone check is done late to avoid uselessly
594                  * calculating zone/node ids for pages that could
595                  * never merge.
596                  */
597                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
598                         return 0;
599
600                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
601
602                 return 1;
603         }
604         return 0;
605 }
606
607 /*
608  * Freeing function for a buddy system allocator.
609  *
610  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
611  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
612  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
613  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
614  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
615  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
616  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
617  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
618  * parts of the VM system.
619  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
620  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
621  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
622  * field.
623  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
624  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
625  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
626  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
627  * triggers coalescing into a block of larger size.
628  *
629  * -- nyc
630  */
631
632 static inline void __free_one_page(struct page *page,
633                 unsigned long pfn,
634                 struct zone *zone, unsigned int order,
635                 int migratetype)
636 {
637         unsigned long page_idx;
638         unsigned long combined_idx;
639         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
640         struct page *buddy;
641         int max_order = MAX_ORDER;
642
643         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
644         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
645
646         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
647         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
648                 /*
649                  * We restrict max order of merging to prevent merge
650                  * between freepages on isolate pageblock and normal
651                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
652                  * could cause incorrect freepage accounting.
653                  */
654                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
655         } else {
656                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
657         }
658
659         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
660
661         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
662         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
663
664         while (order < max_order - 1) {
665                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
666                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
667                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
668                         break;
669                 /*
670                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
671                  * merge with it and move up one order.
672                  */
673                 if (page_is_guard(buddy)) {
674                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
675                 } else {
676                         list_del(&buddy->lru);
677                         zone->free_area[order].nr_free--;
678                         rmv_page_order(buddy);
679                 }
680                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
681                 page = page + (combined_idx - page_idx);
682                 page_idx = combined_idx;
683                 order++;
684         }
685         set_page_order(page, order);
686
687         /*
688          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
689          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
690          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
691          * that is happening, add the free page to the tail of the list
692          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
693          * as a higher order page
694          */
695         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
696                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
697                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
698                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
699                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
700                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
701                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
702                         list_add_tail(&page->lru,
703                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
704                         goto out;
705                 }
706         }
707
708         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
709 out:
710         zone->free_area[order].nr_free++;
711 }
712
713 static inline int free_pages_check(struct page *page)
714 {
715         const char *bad_reason = NULL;
716         unsigned long bad_flags = 0;
717
718         if (unlikely(page_mapcount(page)))
719                 bad_reason = "nonzero mapcount";
720         if (unlikely(page->mapping != NULL))
721                 bad_reason = "non-NULL mapping";
722         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
723                 bad_reason = "nonzero _count";
724         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
725                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
726                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
727         }
728 #ifdef CONFIG_MEMCG
729         if (unlikely(page->mem_cgroup))
730                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
731 #endif
732         if (unlikely(bad_reason)) {
733                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
734                 return 1;
735         }
736         page_cpupid_reset_last(page);
737         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
738                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
739         return 0;
740 }
741
742 /*
743  * Frees a number of pages from the PCP lists
744  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
745  * count is the number of pages to free.
746  *
747  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
748  * see if this freeing clears that state.
749  *
750  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
751  * pinned" detection logic.
752  */
753 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
754                                         struct per_cpu_pages *pcp)
755 {
756         int migratetype = 0;
757         int batch_free = 0;
758         int to_free = count;
759         unsigned long nr_scanned;
760
761         spin_lock(&zone->lock);
762         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
763         if (nr_scanned)
764                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
765
766         while (to_free) {
767                 struct page *page;
768                 struct list_head *list;
769
770                 /*
771                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
772                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
773                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
774                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
775                  * lists
776                  */
777                 do {
778                         batch_free++;
779                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
780                                 migratetype = 0;
781                         list = &pcp->lists[migratetype];
782                 } while (list_empty(list));
783
784                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
785                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
786                         batch_free = to_free;
787
788                 do {
789                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
790
791                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
792                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
793                         list_del(&page->lru);
794                         mt = get_freepage_migratetype(page);
795                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
796                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
797
798                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
799                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
800                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
801                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
802         }
803         spin_unlock(&zone->lock);
804 }
805
806 static void free_one_page(struct zone *zone,
807                                 struct page *page, unsigned long pfn,
808                                 unsigned int order,
809                                 int migratetype)
810 {
811         unsigned long nr_scanned;
812         spin_lock(&zone->lock);
813         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
814         if (nr_scanned)
815                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
816
817         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
818                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
819                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
820         }
821         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
822         spin_unlock(&zone->lock);
823 }
824
825 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
826 {
827         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
828                 return 0;
829         if (unlikely(!PageTail(page))) {
830                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
831                 return 1;
832         }
833         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
834                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
835                 return 1;
836         }
837         return 0;
838 }
839
840 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
841                                 unsigned long zone, int nid)
842 {
843         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
844         init_page_count(page);
845         page_mapcount_reset(page);
846         page_cpupid_reset_last(page);
847
848         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
849 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
850         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
851         if (!is_highmem_idx(zone))
852                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
853 #endif
854 }
855
856 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
857                                         int nid)
858 {
859         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
860 }
861
862 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
863 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
864 {
865         pg_data_t *pgdat;
866         int nid, zid;
867
868         if (!early_page_uninitialised(pfn))
869                 return;
870
871         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
872         pgdat = NODE_DATA(nid);
873
874         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
875                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
876
877                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
878                         break;
879         }
880         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
881 }
882 #else
883 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
884 {
885 }
886 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
887
888 /*
889  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
890  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
891  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
892  * sent to the buddy page allocator.
893  */
894 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
895 {
896         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
897         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
898
899         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
900                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
901                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
902
903                         init_reserved_page(start_pfn);
904                         SetPageReserved(page);
905                 }
906         }
907 }
908
909 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
910 {
911         bool compound = PageCompound(page);
912         int i, bad = 0;
913
914         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
915         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
916
917         trace_mm_page_free(page, order);
918         kmemcheck_free_shadow(page, order);
919         kasan_free_pages(page, order);
920
921         if (PageAnon(page))
922                 page->mapping = NULL;
923         bad += free_pages_check(page);
924         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
925                 if (compound)
926                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
927                 bad += free_pages_check(page + i);
928         }
929         if (bad)
930                 return false;
931
932         reset_page_owner(page, order);
933
934         if (!PageHighMem(page)) {
935                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
936                                            PAGE_SIZE << order);
937                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
938                                            PAGE_SIZE << order);
939         }
940         arch_free_page(page, order);
941         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
942
943         return true;
944 }
945
946 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
947 {
948         unsigned long flags;
949         int migratetype;
950         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
951
952         if (!free_pages_prepare(page, order))
953                 return;
954
955         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
956         local_irq_save(flags);
957         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
958         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
959         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
960         local_irq_restore(flags);
961 }
962
963 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
964                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
965 {
966         unsigned int nr_pages = 1 << order;
967         struct page *p = page;
968         unsigned int loop;
969
970         prefetchw(p);
971         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
972                 prefetchw(p + 1);
973                 __ClearPageReserved(p);
974                 set_page_count(p, 0);
975         }
976         __ClearPageReserved(p);
977         set_page_count(p, 0);
978
979         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
980         set_page_refcounted(page);
981         __free_pages(page, order);
982 }
983
984 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
985         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
986 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
987 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
988
989 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
990 {
991         int nid;
992
993         /* The system will behave unpredictably otherwise */
994         BUG_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);
995
996         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
997         if (nid >= 0)
998                 return nid;
999         /* just returns 0 */
1000         return 0;
1001 }
1002 #endif
1003
1004 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1005 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1006                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1007 {
1008         int nid;
1009
1010         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1011         if (nid >= 0 && nid != node)
1012                 return false;
1013         return true;
1014 }
1015
1016 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1017 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1018 {
1019         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1020 }
1021
1022 #else
1023
1024 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1025 {
1026         return true;
1027 }
1028 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1029                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1030 {
1031         return true;
1032 }
1033 #endif
1034
1035
1036 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1037                                                         unsigned int order)
1038 {
1039         if (early_page_uninitialised(pfn))
1040                 return;
1041         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1042 }
1043
1044 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1045 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1046                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1047 {
1048         int i;
1049
1050         if (!page)
1051                 return;
1052
1053         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1054         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1055             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1056                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1057                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1058                 return;
1059         }
1060
1061         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1062                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1063 }
1064
1065 static __initdata DECLARE_RWSEM(pgdat_init_rwsem);
1066
1067 /* Initialise remaining memory on a node */
1068 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1069 {
1070         pg_data_t *pgdat = data;
1071         int nid = pgdat->node_id;
1072         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1073         unsigned long start = jiffies;
1074         unsigned long nr_pages = 0;
1075         unsigned long walk_start, walk_end;
1076         int i, zid;
1077         struct zone *zone;
1078         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1079         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1080
1081         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1082                 up_read(&pgdat_init_rwsem);
1083                 return 0;
1084         }
1085
1086         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1087         if (!cpumask_empty(cpumask))
1088                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1089
1090         /* Sanity check boundaries */
1091         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1092         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1093         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1094
1095         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1096         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1097                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1098                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1099                         break;
1100         }
1101
1102         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1103                 unsigned long pfn, end_pfn;
1104                 struct page *page = NULL;
1105                 struct page *free_base_page = NULL;
1106                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1107                 int nr_to_free = 0;
1108
1109                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1110                 pfn = first_init_pfn;
1111                 if (pfn < walk_start)
1112                         pfn = walk_start;
1113                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1114                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1115
1116                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1117                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1118                                 goto free_range;
1119
1120                         /*
1121                          * Ensure pfn_valid is checked every
1122                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1123                          */
1124                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1125                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1126                                         page = NULL;
1127                                         goto free_range;
1128                                 }
1129                         }
1130
1131                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1132                                 page = NULL;
1133                                 goto free_range;
1134                         }
1135
1136                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1137                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1138                                 page++;
1139                         } else {
1140                                 nr_pages += nr_to_free;
1141                                 deferred_free_range(free_base_page,
1142                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1143                                 free_base_page = NULL;
1144                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1145
1146                                 page = pfn_to_page(pfn);
1147                                 cond_resched();
1148                         }
1149
1150                         if (page->flags) {
1151                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1152                                 goto free_range;
1153                         }
1154
1155                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1156                         if (!free_base_page) {
1157                                 free_base_page = page;
1158                                 free_base_pfn = pfn;
1159                                 nr_to_free = 0;
1160                         }
1161                         nr_to_free++;
1162
1163                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1164                         continue;
1165 free_range:
1166                         /* Free the current block of pages to allocator */
1167                         nr_pages += nr_to_free;
1168                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1169                                                                 nr_to_free);
1170                         free_base_page = NULL;
1171                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1172                 }
1173
1174                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1175         }
1176
1177         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1178         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1179
1180         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1181                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1182         up_read(&pgdat_init_rwsem);
1183         return 0;
1184 }
1185
1186 void __init page_alloc_init_late(void)
1187 {
1188         int nid;
1189
1190         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1191                 down_read(&pgdat_init_rwsem);
1192                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1193         }
1194
1195         /* Block until all are initialised */
1196         down_write(&pgdat_init_rwsem);
1197         up_write(&pgdat_init_rwsem);
1198 }
1199 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1200
1201 #ifdef CONFIG_CMA
1202 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1203 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1204 {
1205         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1206         struct page *p = page;
1207
1208         do {
1209                 __ClearPageReserved(p);
1210                 set_page_count(p, 0);
1211         } while (++p, --i);
1212
1213         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1214
1215         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1216                 i = pageblock_nr_pages;
1217                 p = page;
1218                 do {
1219                         set_page_refcounted(p);
1220                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1221                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1222                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1223         } else {
1224                 set_page_refcounted(page);
1225                 __free_pages(page, pageblock_order);
1226         }
1227
1228         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1229 }
1230 #endif
1231
1232 /*
1233  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1234  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1235  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1236  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1237  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1238  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1239  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1240  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1241  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1242  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1243  *
1244  * -- nyc
1245  */
1246 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1247         int low, int high, struct free_area *area,
1248         int migratetype)
1249 {
1250         unsigned long size = 1 << high;
1251
1252         while (high > low) {
1253                 area--;
1254                 high--;
1255                 size >>= 1;
1256                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1257
1258                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1259                         debug_guardpage_enabled() &&
1260                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1261                         /*
1262                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1263                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1264                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1265                          * pages will stay not present in virtual address space
1266                          */
1267                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1268                         continue;
1269                 }
1270                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1271                 area->nr_free++;
1272                 set_page_order(&page[size], high);
1273         }
1274 }
1275
1276 /*
1277  * This page is about to be returned from the page allocator
1278  */
1279 static inline int check_new_page(struct page *page)
1280 {
1281         const char *bad_reason = NULL;
1282         unsigned long bad_flags = 0;
1283
1284         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1285                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1286         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1287                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1288         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1289                 bad_reason = "nonzero _count";
1290         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1291                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1292                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1293         }
1294 #ifdef CONFIG_MEMCG
1295         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1296                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1297 #endif
1298         if (unlikely(bad_reason)) {
1299                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1300                 return 1;
1301         }
1302         return 0;
1303 }
1304
1305 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1306                                                                 int alloc_flags)
1307 {
1308         int i;
1309
1310         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1311                 struct page *p = page + i;
1312                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1313                         return 1;
1314         }
1315
1316         set_page_private(page, 0);
1317         set_page_refcounted(page);
1318
1319         arch_alloc_page(page, order);
1320         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1321         kasan_alloc_pages(page, order);
1322
1323         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1324                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1325                         clear_highpage(page + i);
1326
1327         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1328                 prep_compound_page(page, order);
1329
1330         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1331
1332         /*
1333          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1334          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1335          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1336          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1337          */
1338         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1339
1340         return 0;
1341 }
1342
1343 /*
1344  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1345  * the smallest available page from the freelists
1346  */
1347 static inline
1348 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1349                                                 int migratetype)
1350 {
1351         unsigned int current_order;
1352         struct free_area *area;
1353         struct page *page;
1354
1355         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1356         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1357                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1358                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1359                         continue;
1360
1361                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1362                                                         struct page, lru);
1363                 list_del(&page->lru);
1364                 rmv_page_order(page);
1365                 area->nr_free--;
1366                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1367                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1368                 return page;
1369         }
1370
1371         return NULL;
1372 }
1373
1374
1375 /*
1376  * This array describes the order lists are fallen back to when
1377  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1378  */
1379 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1380         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1381         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1382         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1383 #ifdef CONFIG_CMA
1384         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1385 #endif
1386         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1387 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1388         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1389 #endif
1390 };
1391
1392 #ifdef CONFIG_CMA
1393 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1394                                         unsigned int order)
1395 {
1396         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1397 }
1398 #else
1399 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1400                                         unsigned int order) { return NULL; }
1401 #endif
1402
1403 /*
1404  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1405  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1406  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1407  */
1408 int move_freepages(struct zone *zone,
1409                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1410                           int migratetype)
1411 {
1412         struct page *page;
1413         unsigned long order;
1414         int pages_moved = 0;
1415
1416 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1417         /*
1418          * page_zone is not safe to call in this context when
1419          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1420          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1421          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1422          * grouping pages by mobility
1423          */
1424         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1425 #endif
1426
1427         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1428                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1429                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1430
1431                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1432                         page++;
1433                         continue;
1434                 }
1435
1436                 if (!PageBuddy(page)) {
1437                         page++;
1438                         continue;
1439                 }
1440
1441                 order = page_order(page);
1442                 list_move(&page->lru,
1443                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1444                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1445                 page += 1 << order;
1446                 pages_moved += 1 << order;
1447         }
1448
1449         return pages_moved;
1450 }
1451
1452 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1453                                 int migratetype)
1454 {
1455         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1456         struct page *start_page, *end_page;
1457
1458         start_pfn = page_to_pfn(page);
1459         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1460         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1461         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1462         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1463
1464         /* Do not cross zone boundaries */
1465         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1466                 start_page = page;
1467         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1468                 return 0;
1469
1470         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1471 }
1472
1473 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1474                                         int start_order, int migratetype)
1475 {
1476         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1477
1478         while (nr_pageblocks--) {
1479                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1480                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1481         }
1482 }
1483
1484 /*
1485  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1486  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1487  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1488  *
1489  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1490  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1491  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1492  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1493  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1494  * pageblocks.
1495  */
1496 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1497 {
1498         /*
1499          * Leaving this order check is intended, although there is
1500          * relaxed order check in next check. The reason is that
1501          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1502          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1503          * so could be changed anytime.
1504          */
1505         if (order >= pageblock_order)
1506                 return true;
1507
1508         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1509                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1510                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1511                 page_group_by_mobility_disabled)
1512                 return true;
1513
1514         return false;
1515 }
1516
1517 /*
1518  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1519  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1520  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1521  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1522  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1523  */
1524 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1525                                                           int start_type)
1526 {
1527         int current_order = page_order(page);
1528         int pages;
1529
1530         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1531         if (current_order >= pageblock_order) {
1532                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1533                 return;
1534         }
1535
1536         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1537
1538         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1539         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1540                         page_group_by_mobility_disabled)
1541                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1542 }
1543
1544 /*
1545  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1546  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1547  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1548  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1549  */
1550 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1551                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1552 {
1553         int i;
1554         int fallback_mt;
1555
1556         if (area->nr_free == 0)
1557                 return -1;
1558
1559         *can_steal = false;
1560         for (i = 0;; i++) {
1561                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1562                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1563                         break;
1564
1565                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1566                         continue;
1567
1568                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1569                         *can_steal = true;
1570
1571                 if (!only_stealable)
1572                         return fallback_mt;
1573
1574                 if (*can_steal)
1575                         return fallback_mt;
1576         }
1577
1578         return -1;
1579 }
1580
1581 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1582 static inline struct page *
1583 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1584 {
1585         struct free_area *area;
1586         unsigned int current_order;
1587         struct page *page;
1588         int fallback_mt;
1589         bool can_steal;
1590
1591         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1592         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1593                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1594                                 --current_order) {
1595                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1596                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1597                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1598                 if (fallback_mt == -1)
1599                         continue;
1600
1601                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1602                                                 struct page, lru);
1603                 if (can_steal)
1604                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1605
1606                 /* Remove the page from the freelists */
1607                 area->nr_free--;
1608                 list_del(&page->lru);
1609                 rmv_page_order(page);
1610
1611                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1612                                         start_migratetype);
1613                 /*
1614                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1615                  * migratetype depending on the decisions in
1616                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1617                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1618                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1619                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1620                  */
1621                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1622
1623                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1624                         start_migratetype, fallback_mt);
1625
1626                 return page;
1627         }
1628
1629         return NULL;
1630 }
1631
1632 /*
1633  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1634  * Call me with the zone->lock already held.
1635  */
1636 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1637                                                 int migratetype)
1638 {
1639         struct page *page;
1640
1641 retry_reserve:
1642         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1643
1644         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1645                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1646                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1647
1648                 if (!page)
1649                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1650
1651                 /*
1652                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1653                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1654                  * and we want just one call site
1655                  */
1656                 if (!page) {
1657                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1658                         goto retry_reserve;
1659                 }
1660         }
1661
1662         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1663         return page;
1664 }
1665
1666 /*
1667  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1668  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1669  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1670  */
1671 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1672                         unsigned long count, struct list_head *list,
1673                         int migratetype, bool cold)
1674 {
1675         int i;
1676
1677         spin_lock(&zone->lock);
1678         for (i = 0; i < count; ++i) {
1679                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1680                 if (unlikely(page == NULL))
1681                         break;
1682
1683                 /*
1684                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1685                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1686                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1687                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1688                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1689                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1690                  * properly.
1691                  */
1692                 if (likely(!cold))
1693                         list_add(&page->lru, list);
1694                 else
1695                         list_add_tail(&page->lru, list);
1696                 list = &page->lru;
1697                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1698                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1699                                               -(1 << order));
1700         }
1701         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1702         spin_unlock(&zone->lock);
1703         return i;
1704 }
1705
1706 #ifdef CONFIG_NUMA
1707 /*
1708  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1709  * currently executing processor on remote nodes after they have
1710  * expired.
1711  *
1712  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1713  * a single processor.
1714  */
1715 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1716 {
1717         unsigned long flags;
1718         int to_drain, batch;
1719
1720         local_irq_save(flags);
1721         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1722         to_drain = min(pcp->count, batch);
1723         if (to_drain > 0) {
1724                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1725                 pcp->count -= to_drain;
1726         }
1727         local_irq_restore(flags);
1728 }
1729 #endif
1730
1731 /*
1732  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1733  *
1734  * The processor must either be the current processor and the
1735  * thread pinned to the current processor or a processor that
1736  * is not online.
1737  */
1738 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1739 {
1740         unsigned long flags;
1741         struct per_cpu_pageset *pset;
1742         struct per_cpu_pages *pcp;
1743
1744         local_irq_save(flags);
1745         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1746
1747         pcp = &pset->pcp;
1748         if (pcp->count) {
1749                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1750                 pcp->count = 0;
1751         }
1752         local_irq_restore(flags);
1753 }
1754
1755 /*
1756  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1757  *
1758  * The processor must either be the current processor and the
1759  * thread pinned to the current processor or a processor that
1760  * is not online.
1761  */
1762 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1763 {
1764         struct zone *zone;
1765
1766         for_each_populated_zone(zone) {
1767                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1768         }
1769 }
1770
1771 /*
1772  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1773  *
1774  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1775  * the single zone's pages.
1776  */
1777 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1778 {
1779         int cpu = smp_processor_id();
1780
1781         if (zone)
1782                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1783         else
1784                 drain_pages(cpu);
1785 }
1786
1787 /*
1788  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1789  *
1790  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1791  *
1792  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1793  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1794  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1795  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1796  * before the call to on_each_cpu_mask().
1797  */
1798 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1799 {
1800         int cpu;
1801
1802         /*
1803          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1804          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1805          */
1806         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1807
1808         /*
1809          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1810          * as offline notification will cause the notified
1811          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1812          * disables preemption as part of its processing
1813          */
1814         for_each_online_cpu(cpu) {
1815                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1816                 struct zone *z;
1817                 bool has_pcps = false;
1818
1819                 if (zone) {
1820                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1821                         if (pcp->pcp.count)
1822                                 has_pcps = true;
1823                 } else {
1824                         for_each_populated_zone(z) {
1825                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1826                                 if (pcp->pcp.count) {
1827                                         has_pcps = true;
1828                                         break;
1829                                 }
1830                         }
1831                 }
1832
1833                 if (has_pcps)
1834                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1835                 else
1836                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1837         }
1838         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1839                                                                 zone, 1);
1840 }
1841
1842 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1843
1844 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1845 {
1846         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1847         unsigned long flags;
1848         unsigned int order, t;
1849         struct list_head *curr;
1850
1851         if (zone_is_empty(zone))
1852                 return;
1853
1854         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1855
1856         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1857         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1858                 if (pfn_valid(pfn)) {
1859                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1860
1861                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1862                                 swsusp_unset_page_free(page);
1863                 }
1864
1865         for_each_migratetype_order(order, t) {
1866                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1867                         unsigned long i;
1868
1869                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1870                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1871                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1872                 }
1873         }
1874         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1875 }
1876 #endif /* CONFIG_PM */
1877
1878 /*
1879  * Free a 0-order page
1880  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1881  */
1882 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1883 {
1884         struct zone *zone = page_zone(page);
1885         struct per_cpu_pages *pcp;
1886         unsigned long flags;
1887         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1888         int migratetype;
1889
1890         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1891                 return;
1892
1893         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1894         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1895         local_irq_save(flags);
1896         __count_vm_event(PGFREE);
1897
1898         /*
1899          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1900          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1901          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1902          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1903          * excessively into the page allocator
1904          */
1905         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1906                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1907                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1908                         goto out;
1909                 }
1910                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1911         }
1912
1913         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1914         if (!cold)
1915                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1916         else
1917                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1918         pcp->count++;
1919         if (pcp->count >= pcp->high) {
1920                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1921                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1922                 pcp->count -= batch;
1923         }
1924
1925 out:
1926         local_irq_restore(flags);
1927 }
1928
1929 /*
1930  * Free a list of 0-order pages
1931  */
1932 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1933 {
1934         struct page *page, *next;
1935
1936         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1937                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1938                 free_hot_cold_page(page, cold);
1939         }
1940 }
1941
1942 /*
1943  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1944  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1945  * Each sub-page must be freed individually.
1946  *
1947  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1948  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1949  */
1950 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1951 {
1952         int i;
1953
1954         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1955         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1956
1957 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1958         /*
1959          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1960          * otherwise free the whole shadow.
1961          */
1962         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1963                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1964 #endif
1965
1966         set_page_owner(page, 0, 0);
1967         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1968                 set_page_refcounted(page + i);
1969                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1970         }
1971 }
1972 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1973
1974 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1975 {
1976         unsigned long watermark;
1977         struct zone *zone;
1978         int mt;
1979
1980         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1981
1982         zone = page_zone(page);
1983         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1984
1985         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1986                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1987                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1988                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1989                         return 0;
1990
1991                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1992         }
1993
1994         /* Remove page from free list */
1995         list_del(&page->lru);
1996         zone->free_area[order].nr_free--;
1997         rmv_page_order(page);
1998
1999         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2000         if (order >= pageblock_order - 1) {
2001                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2002                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2003                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2004                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2005                                 set_pageblock_migratetype(page,
2006                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2007                 }
2008         }
2009
2010         set_page_owner(page, order, 0);
2011         return 1UL << order;
2012 }
2013
2014 /*
2015  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2016  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2017  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2018  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2019  * are enabled.
2020  *
2021  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2022  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2023  */
2024 int split_free_page(struct page *page)
2025 {
2026         unsigned int order;
2027         int nr_pages;
2028
2029         order = page_order(page);
2030
2031         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2032         if (!nr_pages)
2033                 return 0;
2034
2035         /* Split into individual pages */
2036         set_page_refcounted(page);
2037         split_page(page, order);
2038         return nr_pages;
2039 }
2040
2041 /*
2042  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2043  */
2044 static inline
2045 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2046                         struct zone *zone, unsigned int order,
2047                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2048 {
2049         unsigned long flags;
2050         struct page *page;
2051         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2052
2053         if (likely(order == 0)) {
2054                 struct per_cpu_pages *pcp;
2055                 struct list_head *list;
2056
2057                 local_irq_save(flags);
2058                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2059                 list = &pcp->lists[migratetype];
2060                 if (list_empty(list)) {
2061                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2062                                         pcp->batch, list,
2063                                         migratetype, cold);
2064                         if (unlikely(list_empty(list)))
2065                                 goto failed;
2066                 }
2067
2068                 if (cold)
2069                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2070                 else
2071                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2072
2073                 list_del(&page->lru);
2074                 pcp->count--;
2075         } else {
2076                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2077                         /*
2078                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2079                          *
2080                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2081                          * properly detect and handle allocation failures.
2082                          *
2083                          * We most definitely don't want callers attempting to
2084                          * allocate greater than order-1 page units with
2085                          * __GFP_NOFAIL.
2086                          */
2087                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2088                 }
2089                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2090                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2091                 spin_unlock(&zone->lock);
2092                 if (!page)
2093                         goto failed;
2094                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2095                                           get_freepage_migratetype(page));
2096         }
2097
2098         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2099         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2100             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2101                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2102
2103         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2104         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2105         local_irq_restore(flags);
2106
2107         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2108         return page;
2109
2110 failed:
2111         local_irq_restore(flags);
2112         return NULL;
2113 }
2114
2115 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2116
2117 static struct {
2118         struct fault_attr attr;
2119
2120         u32 ignore_gfp_highmem;
2121         u32 ignore_gfp_wait;
2122         u32 min_order;
2123 } fail_page_alloc = {
2124         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2125         .ignore_gfp_wait = 1,
2126         .ignore_gfp_highmem = 1,
2127         .min_order = 1,
2128 };
2129
2130 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2131 {
2132         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2133 }
2134 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2135
2136 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2137 {
2138         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2139                 return false;
2140         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2141                 return false;
2142         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2143                 return false;
2144         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
2145                 return false;
2146
2147         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2148 }
2149
2150 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2151
2152 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2153 {
2154         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2155         struct dentry *dir;
2156
2157         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2158                                         &fail_page_alloc.attr);
2159         if (IS_ERR(dir))
2160                 return PTR_ERR(dir);
2161
2162         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2163                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
2164                 goto fail;
2165         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2166                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2167                 goto fail;
2168         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2169                                 &fail_page_alloc.min_order))
2170                 goto fail;
2171
2172         return 0;
2173 fail:
2174         debugfs_remove_recursive(dir);
2175
2176         return -ENOMEM;
2177 }
2178
2179 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2180
2181 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2182
2183 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2184
2185 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2186 {
2187         return false;
2188 }
2189
2190 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2191
2192 /*
2193  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
2194  * of the allocation.
2195  */
2196 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2197                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2198                         long free_pages)
2199 {
2200         /* free_pages may go negative - that's OK */
2201         long min = mark;
2202         int o;
2203         long free_cma = 0;
2204
2205         free_pages -= (1 << order) - 1;
2206         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2207                 min -= min / 2;
2208         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
2209                 min -= min / 4;
2210 #ifdef CONFIG_CMA
2211         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2212         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2213                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2214 #endif
2215
2216         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2217                 return false;
2218         for (o = 0; o < order; o++) {
2219                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
2220                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
2221
2222                 /* Require fewer higher order pages to be free */
2223                 min >>= 1;
2224
2225                 if (free_pages <= min)
2226                         return false;
2227         }
2228         return true;
2229 }
2230
2231 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2232                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2233 {
2234         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2235                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2236 }
2237
2238 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2239                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
2240 {
2241         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2242
2243         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2244                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2245
2246         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2247                                                                 free_pages);
2248 }
2249
2250 #ifdef CONFIG_NUMA
2251 /*
2252  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
2253  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
2254  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
2255  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
2256  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
2257  *
2258  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
2259  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
2260  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
2261  *
2262  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
2263  * nothing and returns NULL.
2264  *
2265  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
2266  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
2267  *
2268  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
2269  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
2270  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
2271  * quickly as we can.
2272  */
2273 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2274 {
2275         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2276         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
2277
2278         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2279         if (!zlc)
2280                 return NULL;
2281
2282         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
2283                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2284                 zlc->last_full_zap = jiffies;
2285         }
2286
2287         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
2288                                         &cpuset_current_mems_allowed :
2289                                         &node_states[N_MEMORY];
2290         return allowednodes;
2291 }
2292
2293 /*
2294  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
2295  * if it is worth looking at further for free memory:
2296  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
2297  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
2298  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
2299  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
2300  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
2301  * else return false (zero) if it is not.
2302  *
2303  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
2304  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
2305  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
2306  * be considered full for up to one second by all requests, unless
2307  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
2308  * into the second scan of the zonelist.
2309  *
2310  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
2311  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
2312  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
2313  * unturned looking for a free page.
2314  */
2315 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2316                                                 nodemask_t *allowednodes)
2317 {
2318         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2319         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2320         int n;                          /* node that zone *z is on */
2321
2322         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2323         if (!zlc)
2324                 return 1;
2325
2326         i = z - zonelist->_zonerefs;
2327         n = zlc->z_to_n[i];
2328
2329         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
2330         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
2331 }
2332
2333 /*
2334  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
2335  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
2336  * from that zone don't waste time re-examining it.
2337  */
2338 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2339 {
2340         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2341         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2342
2343         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2344         if (!zlc)
2345                 return;
2346
2347         i = z - zonelist->_zonerefs;
2348
2349         set_bit(i, zlc->fullzones);
2350 }
2351
2352 /*
2353  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2354  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2355  */
2356 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2357 {
2358         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2359
2360         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2361         if (!zlc)
2362                 return;
2363
2364         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2365 }
2366
2367 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2368 {
2369         return local_zone->node == zone->node;
2370 }
2371
2372 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2373 {
2374         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2375                                 RECLAIM_DISTANCE;
2376 }
2377
2378 #else   /* CONFIG_NUMA */
2379
2380 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2381 {
2382         return NULL;
2383 }
2384
2385 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2386                                 nodemask_t *allowednodes)
2387 {
2388         return 1;
2389 }
2390
2391 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2392 {
2393 }
2394
2395 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2396 {
2397 }
2398
2399 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2400 {
2401         return true;
2402 }
2403
2404 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2405 {
2406         return true;
2407 }
2408
2409 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2410
2411 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2412 {
2413         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2414
2415         do {
2416                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2417                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2418                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2419                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2420         } while (zone++ != preferred_zone);
2421 }
2422
2423 /*
2424  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2425  * a page.
2426  */
2427 static struct page *
2428 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2429                                                 const struct alloc_context *ac)
2430 {
2431         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2432         struct zoneref *z;
2433         struct page *page = NULL;
2434         struct zone *zone;
2435         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2436         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2437         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2438         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2439                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2440         int nr_fair_skipped = 0;
2441         bool zonelist_rescan;
2442
2443 zonelist_scan:
2444         zonelist_rescan = false;
2445
2446         /*
2447          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2448          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2449          */
2450         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2451                                                                 ac->nodemask) {
2452                 unsigned long mark;
2453
2454                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2455                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2456                                 continue;
2457                 if (cpusets_enabled() &&
2458                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2459                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2460                                 continue;
2461                 /*
2462                  * Distribute pages in proportion to the individual
2463                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2464                  * page was allocated in should have no effect on the
2465                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2466                  */
2467                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2468                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2469                                 break;
2470                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2471                                 nr_fair_skipped++;
2472                                 continue;
2473                         }
2474                 }
2475                 /*
2476                  * When allocating a page cache page for writing, we
2477                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2478                  * limit, such that no single zone holds more than its
2479                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2480                  * The dirty limits take into account the zone's
2481                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2482                  * should be able to balance it without having to
2483                  * write pages from its LRU list.
2484                  *
2485                  * This may look like it could increase pressure on
2486                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2487                  * before they are full.  But the pages that do spill
2488                  * over are limited as the lower zones are protected
2489                  * by this very same mechanism.  It should not become
2490                  * a practical burden to them.
2491                  *
2492                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2493                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2494                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2495                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2496                  * zones are together not big enough to reach the
2497                  * global limit.  The proper fix for these situations
2498                  * will require awareness of zones in the
2499                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2500                  */
2501                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2502                         continue;
2503
2504                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2505                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2506                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2507                         int ret;
2508
2509                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2510                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2511                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2512                                 goto try_this_zone;
2513
2514                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2515                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2516                                 /*
2517                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2518                                  * and before considering the first zone allowed
2519                                  * by the cpuset.
2520                                  */
2521                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2522                                 zlc_active = 1;
2523                                 did_zlc_setup = 1;
2524                         }
2525
2526                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2527                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2528                                 goto this_zone_full;
2529
2530                         /*
2531                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2532                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2533                          */
2534                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2535                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2536                                 continue;
2537
2538                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2539                         switch (ret) {
2540                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2541                                 /* did not scan */
2542                                 continue;
2543                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2544                                 /* scanned but unreclaimable */
2545                                 continue;
2546                         default:
2547                                 /* did we reclaim enough */
2548                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2549                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2550                                         goto try_this_zone;
2551
2552                                 /*
2553                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2554                                  * Only mark the zone full if checking the min
2555                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2556                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2557                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2558                                  * when the watermark is between the low and
2559                                  * min watermarks.
2560                                  */
2561                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2562                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2563                                         goto this_zone_full;
2564
2565                                 continue;
2566                         }
2567                 }
2568
2569 try_this_zone:
2570                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2571                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2572                 if (page) {
2573                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2574                                 goto try_this_zone;
2575                         return page;
2576                 }
2577 this_zone_full:
2578                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2579                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2580         }
2581
2582         /*
2583          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2584          * local node.  However, the local node might have free pages left
2585          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2586          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2587          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2588          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2589          */
2590         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2591                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2592                 if (nr_fair_skipped) {
2593                         zonelist_rescan = true;
2594                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2595                 }
2596                 if (nr_online_nodes > 1)
2597                         zonelist_rescan = true;
2598         }
2599
2600         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2601                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2602                 zlc_active = 0;
2603                 zonelist_rescan = true;
2604         }
2605
2606         if (zonelist_rescan)
2607                 goto zonelist_scan;
2608
2609         return NULL;
2610 }
2611
2612 /*
2613  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2614  * meminfo in irq context.
2615  */
2616 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2617 {
2618         bool ret = false;
2619
2620 #if NODES_SHIFT > 8
2621         ret = in_interrupt();
2622 #endif
2623         return ret;
2624 }
2625
2626 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2627                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2628                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2629
2630 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2631 {
2632         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2633
2634         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2635             debug_guardpage_minorder() > 0)
2636                 return;
2637
2638         /*
2639          * This documents exceptions given to allocations in certain
2640          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2641          * of allowed nodes.
2642          */
2643         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2644                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2645                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2646                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2647         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2648                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2649
2650         if (fmt) {
2651                 struct va_format vaf;
2652                 va_list args;
2653
2654                 va_start(args, fmt);
2655
2656                 vaf.fmt = fmt;
2657                 vaf.va = &args;
2658
2659                 pr_warn("%pV", &vaf);
2660
2661                 va_end(args);
2662         }
2663
2664         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2665                 current->comm, order, gfp_mask);
2666
2667         dump_stack();
2668         if (!should_suppress_show_mem())
2669                 show_mem(filter);
2670 }
2671
2672 static inline struct page *
2673 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2674         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2675 {
2676         struct page *page;
2677
2678         *did_some_progress = 0;
2679
2680         /*
2681          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2682          * making progress for us.
2683          */
2684         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2685                 *did_some_progress = 1;
2686                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2687                 return NULL;
2688         }
2689
2690         /*
2691          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2692          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2693          * we're still under heavy pressure.
2694          */
2695         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2696                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2697         if (page)
2698                 goto out;
2699
2700         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2701                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2702                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2703                         goto out;
2704                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2705                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2706                         goto out;
2707                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2708                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2709                         goto out;
2710                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2711                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2712                         /*
2713                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2714                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2715                          * keep looping as per tradition.
2716                          */
2717                         *did_some_progress = 1;
2718                         goto out;
2719                 }
2720                 if (pm_suspended_storage())
2721                         goto out;
2722                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2723                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2724                         goto out;
2725         }
2726         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2727         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2728                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2729                 *did_some_progress = 1;
2730 out:
2731         mutex_unlock(&oom_lock);
2732         return page;
2733 }
2734
2735 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2736 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2737 static struct page *
2738 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2739                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2740                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2741                 bool *deferred_compaction)
2742 {
2743         unsigned long compact_result;
2744         struct page *page;
2745
2746         if (!order)
2747                 return NULL;
2748
2749         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2750         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2751                                                 mode, contended_compaction);
2752         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2753
2754         switch (compact_result) {
2755         case COMPACT_DEFERRED:
2756                 *deferred_compaction = true;
2757                 /* fall-through */
2758         case COMPACT_SKIPPED:
2759                 return NULL;
2760         default:
2761                 break;
2762         }
2763
2764         /*
2765          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2766          * count a compaction stall
2767          */
2768         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2769
2770         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2771                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2772
2773         if (page) {
2774                 struct zone *zone = page_zone(page);
2775
2776                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2777                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2778                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2779                 return page;
2780         }
2781
2782         /*
2783          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2784          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2785          */
2786         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2787
2788         cond_resched();
2789
2790         return NULL;
2791 }
2792 #else
2793 static inline struct page *
2794 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2795                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2796                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2797                 bool *deferred_compaction)
2798 {
2799         return NULL;
2800 }
2801 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2802
2803 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2804 static int
2805 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2806                                         const struct alloc_context *ac)
2807 {
2808         struct reclaim_state reclaim_state;
2809         int progress;
2810
2811         cond_resched();
2812
2813         /* We now go into synchronous reclaim */
2814         cpuset_memory_pressure_bump();
2815         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2816         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2817         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2818         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2819
2820         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2821                                                                 ac->nodemask);
2822
2823         current->reclaim_state = NULL;
2824         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2825         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2826
2827         cond_resched();
2828
2829         return progress;
2830 }
2831
2832 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2833 static inline struct page *
2834 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2835                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2836                 unsigned long *did_some_progress)
2837 {
2838         struct page *page = NULL;
2839         bool drained = false;
2840
2841         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2842         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2843                 return NULL;
2844
2845         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2846         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2847                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2848
2849 retry:
2850         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2851                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2852
2853         /*
2854          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2855          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2856          */
2857         if (!page && !drained) {
2858                 drain_all_pages(NULL);
2859                 drained = true;
2860                 goto retry;
2861         }
2862
2863         return page;
2864 }
2865
2866 /*
2867  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2868  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2869  */
2870 static inline struct page *
2871 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2872                                 const struct alloc_context *ac)
2873 {
2874         struct page *page;
2875
2876         do {
2877                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2878                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2879
2880                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2881                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2882                                                                         HZ/50);
2883         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2884
2885         return page;
2886 }
2887
2888 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2889 {
2890         struct zoneref *z;
2891         struct zone *zone;
2892
2893         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2894                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2895                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2896 }
2897
2898 static inline int
2899 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2900 {
2901         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2902         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2903
2904         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2905         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2906
2907         /*
2908          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2909          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2910          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2911          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2912          */
2913         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2914
2915         if (atomic) {
2916                 /*
2917                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2918                  * if it can't schedule.
2919                  */
2920                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2921                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2922                 /*
2923                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2924                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2925                  */
2926                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2927         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2928                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2929
2930         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2931                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2932                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2933                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2934                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2935                 else if (!in_interrupt() &&
2936                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2937                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2938                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2939         }
2940 #ifdef CONFIG_CMA
2941         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2942                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2943 #endif
2944         return alloc_flags;
2945 }
2946
2947 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2948 {
2949         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2950 }
2951
2952 static inline struct page *
2953 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2954                                                 struct alloc_context *ac)
2955 {
2956         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2957         struct page *page = NULL;
2958         int alloc_flags;
2959         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2960         unsigned long did_some_progress;
2961         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2962         bool deferred_compaction = false;
2963         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2964
2965         /*
2966          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2967          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2968          * be using allocators in order of preference for an area that is
2969          * too large.
2970          */
2971         if (order >= MAX_ORDER) {
2972                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2973                 return NULL;
2974         }
2975
2976         /*
2977          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2978          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2979          * speculative node-specific allocation.
2980          */
2981         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2982                 goto nopage;
2983
2984 retry:
2985         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2986                 wake_all_kswapds(order, ac);
2987
2988         /*
2989          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2990          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2991          * to how we want to proceed.
2992          */
2993         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2994
2995         /*
2996          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2997          * cpusets.
2998          */
2999         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3000                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3001                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3002                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3003                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3004         }
3005
3006         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3007         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3008                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3009         if (page)
3010                 goto got_pg;
3011
3012         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3013         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3014                 /*
3015                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3016                  * the allocation is high priority and these type of
3017                  * allocations are system rather than user orientated
3018                  */
3019                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3020
3021                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3022
3023                 if (page) {
3024                         goto got_pg;
3025                 }
3026         }
3027
3028         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
3029         if (!wait) {
3030                 /*
3031                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3032                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3033                  * type of allocation to fail.
3034                  */
3035                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3036                 goto nopage;
3037         }
3038
3039         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3040         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3041                 goto nopage;
3042
3043         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3044         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3045                 goto nopage;
3046
3047         /*
3048          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3049          * attempts after direct reclaim are synchronous
3050          */
3051         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3052                                         migration_mode,
3053                                         &contended_compaction,
3054                                         &deferred_compaction);
3055         if (page)
3056                 goto got_pg;
3057
3058         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3059         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
3060                 /*
3061                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3062                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3063                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3064                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3065                  * instead of entering direct reclaim.
3066                  */
3067                 if (deferred_compaction)
3068                         goto nopage;
3069
3070                 /*
3071                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3072                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3073                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3074                  * so we fallback to base pages instead.
3075                  */
3076                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3077                         goto nopage;
3078
3079                 /*
3080                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3081                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3082                  * khugepaged trying to collapse.
3083                  */
3084                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3085                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3086                         goto nopage;
3087         }
3088
3089         /*
3090          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3091          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3092          * khugepaged trying to collapse.
3093          */
3094         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
3095                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
3096                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3097
3098         /* Try direct reclaim and then allocating */
3099         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3100                                                         &did_some_progress);
3101         if (page)
3102                 goto got_pg;
3103
3104         /* Do not loop if specifically requested */
3105         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3106                 goto noretry;
3107
3108         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3109         pages_reclaimed += did_some_progress;
3110         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3111             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3112                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3113                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3114                 goto retry;
3115         }
3116
3117         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3118         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3119         if (page)
3120                 goto got_pg;
3121
3122         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3123         if (did_some_progress)
3124                 goto retry;
3125
3126 noretry:
3127         /*
3128          * High-order allocations do not necessarily loop after
3129          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3130          * being called after reclaim so call directly if necessary
3131          */
3132         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3133                                             ac, migration_mode,
3134                                             &contended_compaction,
3135                                             &deferred_compaction);
3136         if (page)
3137                 goto got_pg;
3138 nopage:
3139         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3140 got_pg:
3141         return page;
3142 }
3143
3144 /*
3145  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3146  */
3147 struct page *
3148 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3149                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3150 {
3151         struct zoneref *preferred_zoneref;
3152         struct page *page = NULL;
3153         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3154         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3155         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3156         struct alloc_context ac = {
3157                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3158                 .nodemask = nodemask,
3159                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3160         };
3161
3162         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3163
3164         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3165
3166         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
3167
3168         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3169                 return NULL;
3170
3171         /*
3172          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3173          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3174          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3175          */
3176         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3177                 return NULL;
3178
3179         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3180                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3181
3182 retry_cpuset:
3183         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3184
3185         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3186         ac.zonelist = zonelist;
3187         /* The preferred zone is used for statistics later */
3188         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3189                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3190                                 &ac.preferred_zone);
3191         if (!ac.preferred_zone)
3192                 goto out;
3193         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3194
3195         /* First allocation attempt */
3196         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3197         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3198         if (unlikely(!page)) {
3199                 /*
3200                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3201                  * can deadlock because I/O on the device might not
3202                  * complete.
3203                  */
3204                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3205
3206                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3207         }
3208
3209         if (kmemcheck_enabled && page)
3210                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3211
3212         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3213
3214 out:
3215         /*
3216          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3217          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3218          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3219          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3220          */
3221         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3222                 goto retry_cpuset;
3223
3224         return page;
3225 }
3226 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3227
3228 /*
3229  * Common helper functions.
3230  */
3231 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3232 {
3233         struct page *page;
3234
3235         /*
3236          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3237          * a highmem page
3238          */
3239         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3240
3241         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3242         if (!page)
3243                 return 0;
3244         return (unsigned long) page_address(page);
3245 }
3246 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3247
3248 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3249 {
3250         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3251 }
3252 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3253
3254 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3255 {
3256         if (put_page_testzero(page)) {
3257                 if (order == 0)
3258                         free_hot_cold_page(page, false);
3259                 else
3260                         __free_pages_ok(page, order);
3261         }
3262 }
3263
3264 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3265
3266 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3267 {
3268         if (addr != 0) {
3269                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3270                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3271         }
3272 }
3273
3274 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3275
3276 /*
3277  * Page Fragment:
3278  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3279  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3280  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3281  *
3282  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3283  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3284  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3285  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3286  */
3287 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3288                                        gfp_t gfp_mask)
3289 {
3290         struct page *page = NULL;
3291         gfp_t gfp = gfp_mask;
3292
3293 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3294         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3295                     __GFP_NOMEMALLOC;
3296         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3297                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3298         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3299 #endif
3300         if (unlikely(!page))
3301                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3302
3303         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3304
3305         return page;
3306 }
3307
3308 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3309                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3310 {
3311         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3312         struct page *page;
3313         int offset;
3314
3315         if (unlikely(!nc->va)) {
3316 refill:
3317                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3318                 if (!page)
3319                         return NULL;
3320
3321 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3322                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3323                 size = nc->size;
3324 #endif
3325                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3326                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3327                  */
3328                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3329
3330                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3331                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3332                 nc->pagecnt_bias = size;
3333                 nc->offset = size;
3334         }
3335
3336         offset = nc->offset - fragsz;
3337         if (unlikely(offset < 0)) {
3338                 page = virt_to_page(nc->va);
3339
3340                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3341                         goto refill;
3342
3343 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3344                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3345                 size = nc->size;
3346 #endif
3347                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3348                 atomic_set(&page->_count, size);
3349
3350                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3351                 nc->pagecnt_bias = size;
3352                 offset = size - fragsz;
3353         }
3354
3355         nc->pagecnt_bias--;
3356         nc->offset = offset;
3357
3358         return nc->va + offset;
3359 }
3360 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3361
3362 /*
3363  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3364  */
3365 void __free_page_frag(void *addr)
3366 {
3367         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3368
3369         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3370                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3371 }
3372 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3373
3374 /*
3375  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3376  * of the current memory cgroup.
3377  *
3378  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3379  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3380  */
3381 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3382 {
3383         struct page *page;
3384         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3385
3386         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3387                 return NULL;
3388         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3389         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3390         return page;
3391 }
3392
3393 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3394 {
3395         struct page *page;
3396         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3397
3398         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3399                 return NULL;
3400         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3401         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3402         return page;
3403 }
3404
3405 /*
3406  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3407  * alloc_kmem_pages.
3408  */
3409 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3410 {
3411         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3412         __free_pages(page, order);
3413 }
3414
3415 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3416 {
3417         if (addr != 0) {
3418                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3419                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3420         }
3421 }
3422
3423 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3424 {
3425         if (addr) {
3426                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3427                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3428
3429                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3430                 while (used < alloc_end) {
3431                         free_page(used);
3432                         used += PAGE_SIZE;
3433                 }
3434         }
3435         return (void *)addr;
3436 }
3437
3438 /**
3439  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3440  * @size: the number of bytes to allocate
3441  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3442  *
3443  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3444  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3445  * allocate memory in power-of-two pages.
3446  *
3447  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3448  *
3449  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3450  */
3451 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3452 {
3453         unsigned int order = get_order(size);
3454         unsigned long addr;
3455
3456         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3457         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3458 }
3459 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3460
3461 /**
3462  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3463  *                         pages on a node.
3464  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3465  * @size: the number of bytes to allocate
3466  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3467  *
3468  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3469  * back.
3470  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3471  * but is not exact.
3472  */
3473 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3474 {
3475         unsigned order = get_order(size);
3476         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3477         if (!p)
3478                 return NULL;
3479         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3480 }
3481
3482 /**
3483  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3484  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3485  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3486  *
3487  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3488  */
3489 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3490 {
3491         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3492         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3493
3494         while (addr < end) {
3495                 free_page(addr);
3496                 addr += PAGE_SIZE;
3497         }
3498 }
3499 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3500
3501 /**
3502  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3503  * @offset: The zone index of the highest zone
3504  *
3505  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3506  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3507  * zone, the number of pages is calculated as:
3508  *     managed_pages - high_pages
3509  */
3510 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3511 {
3512         struct zoneref *z;
3513         struct zone *zone;
3514
3515         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3516         unsigned long sum = 0;
3517
3518         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3519
3520         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3521                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3522                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3523                 if (size > high)
3524                         sum += size - high;
3525         }
3526
3527         return sum;
3528 }
3529
3530 /**
3531  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3532  *
3533  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3534  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3535  */
3536 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3537 {
3538         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3539 }
3540 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3541
3542 /**
3543  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3544  *
3545  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3546  * high watermark within all zones.
3547  */
3548 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3549 {
3550         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3551 }
3552
3553 static inline void show_node(struct zone *zone)
3554 {
3555         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3556                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3557 }
3558
3559 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3560 {
3561         val->totalram = totalram_pages;
3562         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3563         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3564         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3565         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3566         val->freehigh = nr_free_highpages();
3567         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3568 }
3569
3570 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3571
3572 #ifdef CONFIG_NUMA
3573 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3574 {
3575         int zone_type;          /* needs to be signed */
3576         unsigned long managed_pages = 0;
3577         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3578
3579         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3580                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3581         val->totalram = managed_pages;
3582         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3583         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3584 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3585         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3586         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3587                         NR_FREE_PAGES);
3588 #else
3589         val->totalhigh = 0;
3590         val->freehigh = 0;
3591 #endif
3592         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3593 }
3594 #endif
3595
3596 /*
3597  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3598  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3599  */
3600 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3601 {
3602         bool ret = false;
3603         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3604
3605         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3606                 goto out;
3607
3608         do {
3609                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3610                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3611         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3612 out:
3613         return ret;
3614 }
3615
3616 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3617
3618 static void show_migration_types(unsigned char type)
3619 {
3620         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3621                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3622                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3623                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3624                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3625 #ifdef CONFIG_CMA
3626                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3627 #endif
3628 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3629                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3630 #endif
3631         };
3632         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3633         char *p = tmp;
3634         int i;
3635
3636         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3637                 if (type & (1 << i))
3638                         *p++ = types[i];
3639         }
3640
3641         *p = '\0';
3642         printk("(%s) ", tmp);
3643 }
3644
3645 /*
3646  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3647  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3648  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3649  *
3650  * Bits in @filter:
3651  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3652  *   cpuset.
3653  */
3654 void show_free_areas(unsigned int filter)
3655 {
3656         unsigned long free_pcp = 0;
3657         int cpu;
3658         struct zone *zone;
3659
3660         for_each_populated_zone(zone) {
3661                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3662                         continue;
3663
3664                 for_each_online_cpu(cpu)
3665                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3666         }
3667
3668         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3669                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3670                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3671                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3672                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3673                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3674                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3675                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3676                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3677                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3678                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3679                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3680                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3681                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3682                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3683                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3684                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3685                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3686                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3687                 global_page_state(NR_SHMEM),
3688                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3689                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3690                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3691                 free_pcp,
3692                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3693
3694         for_each_populated_zone(zone) {
3695                 int i;
3696
3697                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3698                         continue;
3699
3700                 free_pcp = 0;
3701                 for_each_online_cpu(cpu)
3702                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3703
3704                 show_node(zone);
3705                 printk("%s"
3706                         " free:%lukB"
3707                         " min:%lukB"
3708                         " low:%lukB"
3709                         " high:%lukB"
3710                         " active_anon:%lukB"
3711                         " inactive_anon:%lukB"
3712                         " active_file:%lukB"
3713                         " inactive_file:%lukB"
3714                         " unevictable:%lukB"
3715                         " isolated(anon):%lukB"
3716                         " isolated(file):%lukB"
3717                         " present:%lukB"
3718                         " managed:%lukB"
3719                         " mlocked:%lukB"
3720                         " dirty:%lukB"
3721                         " writeback:%lukB"
3722                         " mapped:%lukB"
3723                         " shmem:%lukB"
3724                         " slab_reclaimable:%lukB"
3725                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3726                         " kernel_stack:%lukB"
3727                         " pagetables:%lukB"
3728                         " unstable:%lukB"
3729                         " bounce:%lukB"
3730                         " free_pcp:%lukB"
3731                         " local_pcp:%ukB"
3732                         " free_cma:%lukB"
3733                         " writeback_tmp:%lukB"
3734                         " pages_scanned:%lu"
3735                         " all_unreclaimable? %s"
3736                         "\n",
3737                         zone->name,
3738                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3739                         K(min_wmark_pages(zone)),
3740                         K(low_wmark_pages(zone)),
3741                         K(high_wmark_pages(zone)),
3742                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3743                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3744                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3745                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3746                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3747                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3748                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3749                         K(zone->present_pages),
3750                         K(zone->managed_pages),
3751                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3752                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3753                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3754                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3755                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3756                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3757                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3758                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3759                                 THREAD_SIZE / 1024,
3760                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3761                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3762                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3763                         K(free_pcp),
3764                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3765                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3766                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3767                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3768                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3769                         );
3770                 printk("lowmem_reserve[]:");
3771                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3772                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3773                 printk("\n");
3774         }
3775
3776         for_each_populated_zone(zone) {
3777                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3778                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3779
3780                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3781                         continue;
3782                 show_node(zone);
3783                 printk("%s: ", zone->name);
3784
3785                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3786                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3787                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3788                         int type;
3789
3790                         nr[order] = area->nr_free;
3791                         total += nr[order] << order;
3792
3793                         types[order] = 0;
3794                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3795                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3796                                         types[order] |= 1 << type;
3797                         }
3798                 }
3799                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3800                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3801                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3802                         if (nr[order])
3803                                 show_migration_types(types[order]);
3804                 }
3805                 printk("= %lukB\n", K(total));
3806         }
3807
3808         hugetlb_show_meminfo();
3809
3810         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3811
3812         show_swap_cache_info();
3813 }
3814
3815 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3816 {
3817         zoneref->zone = zone;
3818         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3819 }
3820
3821 /*
3822  * Builds allocation fallback zone lists.
3823  *
3824  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3825  */
3826 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3827                                 int nr_zones)
3828 {
3829         struct zone *zone;
3830         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3831
3832         do {
3833                 zone_type--;
3834                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3835                 if (populated_zone(zone)) {
3836                         zoneref_set_zone(zone,
3837                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3838                         check_highest_zone(zone_type);
3839                 }
3840         } while (zone_type);
3841
3842         return nr_zones;
3843 }
3844
3845
3846 /*
3847  *  zonelist_order:
3848  *  0 = automatic detection of better ordering.
3849  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3850  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3851  *
3852  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3853  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3854  */
3855 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3856 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3857 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3858
3859 /* zonelist order in the kernel.
3860  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3861  */
3862 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3863 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3864
3865
3866 #ifdef CONFIG_NUMA
3867 /* The value user specified ....changed by config */
3868 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3869 /* string for sysctl */
3870 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3871 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3872
3873 /*
3874  * interface for configure zonelist ordering.
3875  * command line option "numa_zonelist_order"
3876  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3877  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3878  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3879  */
3880
3881 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3882 {
3883         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3884                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3885         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3886                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3887         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3888                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3889         } else {
3890                 printk(KERN_WARNING
3891                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3892                         "%s\n", s);
3893                 return -EINVAL;
3894         }
3895         return 0;
3896 }
3897
3898 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3899 {
3900         int ret;
3901
3902         if (!s)
3903                 return 0;
3904
3905         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3906         if (ret == 0)
3907                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3908
3909         return ret;
3910 }
3911 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3912
3913 /*
3914  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3915  */
3916 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3917                 void __user *buffer, size_t *length,
3918                 loff_t *ppos)
3919 {
3920         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3921         int ret;
3922         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3923
3924         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3925         if (write) {
3926                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3927                         ret = -EINVAL;
3928                         goto out;
3929                 }
3930                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3931         }
3932         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3933         if (ret)
3934                 goto out;
3935         if (write) {
3936                 int oldval = user_zonelist_order;
3937
3938                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3939                 if (ret) {
3940                         /*
3941                          * bogus value.  restore saved string
3942                          */
3943                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3944                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3945                         user_zonelist_order = oldval;
3946                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3947                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3948                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3949                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3950                 }
3951         }
3952 out:
3953         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3954         return ret;
3955 }
3956
3957
3958 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3959 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3960
3961 /**
3962  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3963  * @node: node whose fallback list we're appending
3964  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3965  *
3966  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3967  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3968  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3969  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3970  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3971  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3972  * on them otherwise.
3973  * It returns -1 if no node is found.
3974  */
3975 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3976 {
3977         int n, val;
3978         int min_val = INT_MAX;
3979         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3980         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3981
3982         /* Use the local node if we haven't already */
3983         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3984                 node_set(node, *used_node_mask);
3985                 return node;
3986         }
3987
3988         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3989
3990                 /* Don't want a node to appear more than once */
3991                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3992                         continue;
3993
3994                 /* Use the distance array to find the distance */
3995                 val = node_distance(node, n);
3996
3997                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3998                 val += (n < node);
3999
4000                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4001                 tmp = cpumask_of_node(n);
4002                 if (!cpumask_empty(tmp))
4003                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4004
4005                 /* Slight preference for less loaded node */
4006                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4007                 val += node_load[n];
4008
4009                 if (val < min_val) {
4010                         min_val = val;
4011                         best_node = n;
4012                 }
4013         }
4014
4015         if (best_node >= 0)
4016                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4017
4018         return best_node;
4019 }
4020
4021
4022 /*
4023  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4024  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4025  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4026  */
4027 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4028 {
4029         int j;
4030         struct zonelist *zonelist;
4031
4032         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4033         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4034                 ;
4035         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4036         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4037         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4038 }
4039
4040 /*
4041  * Build gfp_thisnode zonelists
4042  */
4043 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4044 {
4045         int j;
4046         struct zonelist *zonelist;
4047
4048         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4049         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4050         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4051         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4052 }
4053
4054 /*
4055  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4056  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4057  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4058  * may still exist in local DMA zone.
4059  */
4060 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4061
4062 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4063 {
4064         int pos, j, node;
4065         int zone_type;          /* needs to be signed */
4066         struct zone *z;
4067         struct zonelist *zonelist;
4068
4069         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4070         pos = 0;
4071         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4072                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4073                         node = node_order[j];
4074                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4075                         if (populated_zone(z)) {
4076                                 zoneref_set_zone(z,
4077                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4078                                 check_highest_zone(zone_type);
4079                         }
4080                 }
4081         }
4082         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4083         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4084 }
4085
4086 #if defined(CONFIG_64BIT)
4087 /*
4088  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4089  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4090  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4091  */
4092 static int default_zonelist_order(void)
4093 {
4094         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4095 }
4096 #else
4097 /*
4098  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4099  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4100  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4101  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4102  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4103  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4104  */
4105 static int default_zonelist_order(void)
4106 {
4107         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4108 }
4109 #endif /* CONFIG_64BIT */
4110
4111 static void set_zonelist_order(void)
4112 {
4113         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4114                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4115         else
4116                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4117 }
4118
4119 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4120 {
4121         int j, node, load;
4122         enum zone_type i;
4123         nodemask_t used_mask;
4124         int local_node, prev_node;
4125         struct zonelist *zonelist;
4126         int order = current_zonelist_order;
4127
4128         /* initialize zonelists */
4129         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4130                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4131                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4132                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4133         }
4134
4135         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4136         local_node = pgdat->node_id;
4137         load = nr_online_nodes;
4138         prev_node = local_node;
4139         nodes_clear(used_mask);
4140
4141         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4142         j = 0;
4143
4144         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4145                 /*
4146                  * We don't want to pressure a particular node.
4147                  * So adding penalty to the first node in same
4148                  * distance group to make it round-robin.
4149                  */
4150                 if (node_distance(local_node, node) !=
4151                     node_distance(local_node, prev_node))
4152                         node_load[node] = load;
4153
4154                 prev_node = node;
4155                 load--;
4156                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4157                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4158                 else
4159                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4160         }
4161
4162         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4163                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4164                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4165         }
4166
4167         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4168 }
4169
4170 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
4171 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4172 {
4173         struct zonelist *zonelist;
4174         struct zonelist_cache *zlc;
4175         struct zoneref *z;
4176
4177         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4178         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
4179         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
4180         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
4181                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
4182 }
4183
4184 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4185 /*
4186  * Return node id of node used for "local" allocations.
4187  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4188  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4189  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4190  */
4191 int local_memory_node(int node)
4192 {
4193         struct zone *zone;
4194
4195         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4196                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4197                                    NULL,
4198                                    &zone);
4199         return zone->node;
4200 }
4201 #endif
4202
4203 #else   /* CONFIG_NUMA */
4204
4205 static void set_zonelist_order(void)
4206 {
4207         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4208 }
4209
4210 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4211 {
4212         int node, local_node;
4213         enum zone_type j;
4214         struct zonelist *zonelist;
4215
4216         local_node = pgdat->node_id;
4217
4218         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4219         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4220
4221         /*
4222          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4223          * of all the other nodes.
4224          * We don't want to pressure a particular node, so when
4225          * building the zones for node N, we make sure that the
4226          * zones coming right after the local ones are those from
4227          * node N+1 (modulo N)
4228          */
4229         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4230                 if (!node_online(node))
4231                         continue;
4232                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4233         }
4234         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4235                 if (!node_online(node))
4236                         continue;
4237                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4238         }
4239
4240         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4241         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4242 }
4243
4244 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
4245 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4246 {
4247         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
4248 }
4249
4250 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4251
4252 /*
4253  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4254  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4255  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4256  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4257  * with interrupts disabled.
4258  *
4259  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4260  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4261  * hotplugged processors.
4262  *
4263  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4264  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4265  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4266  */
4267 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4268 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4269 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4270
4271 /*
4272  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4273  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4274  */
4275 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4276
4277 /* return values int ....just for stop_machine() */
4278 static int __build_all_zonelists(void *data)
4279 {
4280         int nid;
4281         int cpu;
4282         pg_data_t *self = data;
4283
4284 #ifdef CONFIG_NUMA
4285         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4286 #endif
4287
4288         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4289                 build_zonelists(self);
4290                 build_zonelist_cache(self);
4291         }
4292
4293         for_each_online_node(nid) {
4294                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4295
4296                 build_zonelists(pgdat);
4297                 build_zonelist_cache(pgdat);
4298         }
4299
4300         /*
4301          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4302          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4303          * each zone will be allocated later when the per cpu
4304          * allocator is available.
4305          *
4306          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4307          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4308          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4309          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4310          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4311          * (a chicken-egg dilemma).
4312          */
4313         for_each_possible_cpu(cpu) {
4314                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4315
4316 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4317                 /*
4318                  * We now know the "local memory node" for each node--
4319                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4320                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4321                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4322                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4323                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4324                  */
4325                 if (cpu_online(cpu))
4326                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4327 #endif
4328         }
4329
4330         return 0;
4331 }
4332
4333 static noinline void __init
4334 build_all_zonelists_init(void)
4335 {
4336         __build_all_zonelists(NULL);
4337         mminit_verify_zonelist();
4338         cpuset_init_current_mems_allowed();
4339 }
4340
4341 /*
4342  * Called with zonelists_mutex held always
4343  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4344  *
4345  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4346  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4347  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4348  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4349  */
4350 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4351 {
4352         set_zonelist_order();
4353
4354         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4355                 build_all_zonelists_init();
4356         } else {
4357 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4358                 if (zone)
4359                         setup_zone_pageset(zone);
4360 #endif
4361                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4362                    of zonelist */
4363                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4364                 /* cpuset refresh routine should be here */
4365         }
4366         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4367         /*
4368          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4369          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4370          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4371          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4372          * disabled and enable it later
4373          */
4374         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4375                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4376         else
4377                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4378
4379         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4380                 "Total pages: %ld\n",
4381                         nr_online_nodes,
4382                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4383                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4384                         vm_total_pages);
4385 #ifdef CONFIG_NUMA
4386         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4387 #endif
4388 }
4389
4390 /*
4391  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4392  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4393  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4394  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4395  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4396  * conservative, even though it seems large.
4397  *
4398  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4399  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4400  */
4401 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4402
4403 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4404 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4405 {
4406         unsigned long size = 1;
4407
4408         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4409
4410         while (size < pages)
4411                 size <<= 1;
4412
4413         /*
4414          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4415          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4416          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4417          */
4418         size = min(size, 4096UL);
4419
4420         return max(size, 4UL);
4421 }
4422 #else
4423 /*
4424  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4425  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4426  *
4427  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4428  *
4429  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4430  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4431  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4432  *
4433  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4434  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4435  *
4436  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4437  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4438  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4439  */
4440 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4441 {
4442         return 4096UL;
4443 }
4444 #endif
4445
4446 /*
4447  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4448  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4449  * hash function before the remainder is taken.
4450  */
4451 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4452 {
4453         return ffz(~size);
4454 }
4455
4456 /*
4457  * Check if a pageblock contains reserved pages
4458  */
4459 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4460 {
4461         unsigned long pfn;
4462
4463         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4464                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4465                         return 1;
4466         }
4467         return 0;
4468 }
4469
4470 /*
4471  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4472  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4473  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4474  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4475  * blocks as reclaim kicks in
4476  */
4477 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4478 {
4479         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4480         struct page *page;
4481         unsigned long block_migratetype;
4482         int reserve;
4483         int old_reserve;
4484
4485         /*
4486          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4487          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4488          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4489          * the block.
4490          */
4491         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4492         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4493         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4494         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4495                                                         pageblock_order;
4496
4497         /*
4498          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4499          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4500          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4501          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4502          * future allocation of hugepages at runtime.
4503          */
4504         reserve = min(2, reserve);
4505         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4506
4507         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4508         if (reserve == old_reserve)
4509                 return;
4510         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4511
4512         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4513                 if (!early_page_nid_uninitialised(pfn, zone_to_nid(zone)))
4514                         return;
4515
4516                 if (!pfn_valid(pfn))
4517                         continue;
4518                 page = pfn_to_page(pfn);
4519
4520                 /* Watch out for overlapping nodes */
4521                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4522                         continue;
4523
4524                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4525
4526                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4527                 if (reserve > 0) {
4528                         /*
4529                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4530                          * them.
4531                          */
4532                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4533                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4534                                 continue;
4535
4536                         /* If this block is reserved, account for it */
4537                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4538                                 reserve--;
4539                                 continue;
4540                         }
4541
4542                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4543                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4544                                 set_pageblock_migratetype(page,
4545                                                         MIGRATE_RESERVE);
4546                                 move_freepages_block(zone, page,
4547                                                         MIGRATE_RESERVE);
4548                                 reserve--;
4549                                 continue;
4550                         }
4551                 } else if (!old_reserve) {
4552                         /*
4553                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4554                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4555                          */
4556                         break;
4557                 }
4558
4559                 /*
4560                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4561                  * take it back
4562                  */
4563                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4564                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4565                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4566                 }
4567         }
4568 }
4569
4570 /*
4571  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4572  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4573  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4574  */
4575 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4576                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4577 {
4578         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4579         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4580         unsigned long pfn;
4581         struct zone *z;
4582         unsigned long nr_initialised = 0;
4583
4584         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4585                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4586
4587         z = &pgdat->node_zones[zone];
4588         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4589                 /*
4590                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4591                  * handed to this function.  They do not
4592                  * exist on hotplugged memory.
4593                  */
4594                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4595                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4596                                 continue;
4597                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4598                                 continue;
4599                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4600                                                 &nr_initialised))
4601                                 break;
4602                 }
4603
4604                 /*
4605                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4606                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4607                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4608                  * the address space during boot when many long-lived
4609                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4610                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4611                  * setup_zone_migrate_reserve()
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                                         enum memmap_context context)
4860 {
4861         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4862         int ret;
4863         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4864         if (ret)
4865                 return ret;
4866         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4867
4868         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4869
4870         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4871                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4872                         pgdat->node_id,
4873                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4874                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4875
4876         zone_init_free_lists(zone);
4877
4878         return 0;
4879 }
4880
4881 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4882 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4883
4884 /*
4885  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4886  */
4887 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4888                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4889 {
4890         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4891         int nid;
4892
4893         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4894                 return state->last_nid;
4895
4896         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4897         if (nid != -1) {
4898                 state->last_start = start_pfn;
4899                 state->last_end = end_pfn;
4900                 state->last_nid = nid;
4901         }
4902
4903         return nid;
4904 }
4905 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4906
4907 /**
4908  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4909  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4910  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4911  *
4912  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4913  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4914  * memblock_free_early_nid() manually.
4915  */
4916 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4917 {
4918         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4919         int i, this_nid;
4920
4921         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4922                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4923                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4924
4925                 if (start_pfn < end_pfn)
4926                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4927                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4928                                         this_nid);
4929         }
4930 }
4931
4932 /**
4933  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4934  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4935  *
4936  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4937  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4938  */
4939 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4940 {
4941         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4942         int i, this_nid;
4943
4944         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4945                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4946 }
4947
4948 /**
4949  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4950  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4951  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4952  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4953  *
4954  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4955  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4956  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4957  * PFNs will be 0.
4958  */
4959 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4960                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4961 {
4962         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4963         int i;
4964
4965         *start_pfn = -1UL;
4966         *end_pfn = 0;
4967
4968         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4969                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4970                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4971         }
4972
4973         if (*start_pfn == -1UL)
4974                 *start_pfn = 0;
4975 }
4976
4977 /*
4978  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4979  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4980  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4981  */
4982 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4983 {
4984         int zone_index;
4985         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4986                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4987                         continue;
4988
4989                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4990                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4991                         break;
4992         }
4993
4994         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4995         movable_zone = zone_index;
4996 }
4997
4998 /*
4999  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5000  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5001  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5002  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5003  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5004  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5005  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5006  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5007  */
5008 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5009                                         unsigned long zone_type,
5010                                         unsigned long node_start_pfn,
5011                                         unsigned long node_end_pfn,
5012                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5013                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5014 {
5015         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5016         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5017                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5018                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5019                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5020                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5021                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5022
5023                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5024                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5025                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5026                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5027
5028                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5029                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5030                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5031         }
5032 }
5033
5034 /*
5035  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5036  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5037  */
5038 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5039                                         unsigned long zone_type,
5040                                         unsigned long node_start_pfn,
5041                                         unsigned long node_end_pfn,
5042                                         unsigned long *ignored)
5043 {
5044         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5045
5046         /* Get the start and end of the zone */
5047         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5048         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5049         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5050                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5051                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5052
5053         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5054         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5055                 return 0;
5056
5057         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5058         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5059         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5060
5061         /* Return the spanned pages */
5062         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5063 }
5064
5065 /*
5066  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5067  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5068  */
5069 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5070                                 unsigned long range_start_pfn,
5071                                 unsigned long range_end_pfn)
5072 {
5073         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5074         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5075         int i;
5076
5077         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5078                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5079                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5080                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5081         }
5082         return nr_absent;
5083 }
5084
5085 /**
5086  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5087  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5088  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5089  *
5090  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5091  */
5092 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5093                                                         unsigned long end_pfn)
5094 {
5095         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5096 }
5097
5098 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5099 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5100                                         unsigned long zone_type,
5101                                         unsigned long node_start_pfn,
5102                                         unsigned long node_end_pfn,
5103                                         unsigned long *ignored)
5104 {
5105         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5106         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5107         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5108
5109         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5110         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5111
5112         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5113                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5114                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5115         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5116 }
5117
5118 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5119 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5120                                         unsigned long zone_type,
5121                                         unsigned long node_start_pfn,
5122                                         unsigned long node_end_pfn,
5123                                         unsigned long *zones_size)
5124 {
5125         return zones_size[zone_type];
5126 }
5127
5128 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5129                                                 unsigned long zone_type,
5130                                                 unsigned long node_start_pfn,
5131                                                 unsigned long node_end_pfn,
5132                                                 unsigned long *zholes_size)
5133 {
5134         if (!zholes_size)
5135                 return 0;
5136
5137         return zholes_size[zone_type];
5138 }
5139
5140 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5141
5142 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5143                                                 unsigned long node_start_pfn,
5144                                                 unsigned long node_end_pfn,
5145                                                 unsigned long *zones_size,
5146                                                 unsigned long *zholes_size)
5147 {
5148         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5149         enum zone_type i;
5150
5151         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5152                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5153                 unsigned long size, real_size;
5154
5155                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5156                                                   node_start_pfn,
5157                                                   node_end_pfn,
5158                                                   zones_size);
5159                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5160                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5161                                                   zholes_size);
5162                 zone->spanned_pages = size;
5163                 zone->present_pages = real_size;
5164
5165                 totalpages += size;
5166                 realtotalpages += real_size;
5167         }
5168
5169         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5170         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5171         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5172                                                         realtotalpages);
5173 }
5174
5175 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5176 /*
5177  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5178  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5179  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5180  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5181  * bytes.
5182  */
5183 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5184 {
5185         unsigned long usemapsize;
5186
5187         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5188         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5189         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5190         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5191         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5192
5193         return usemapsize / 8;
5194 }
5195
5196 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5197                                 struct zone *zone,
5198                                 unsigned long zone_start_pfn,
5199                                 unsigned long zonesize)
5200 {
5201         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5202         zone->pageblock_flags = NULL;
5203         if (usemapsize)
5204                 zone->pageblock_flags =
5205                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5206                                                          pgdat->node_id);
5207 }
5208 #else
5209 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5210                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5211 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5212
5213 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5214
5215 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5216 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5217 {
5218         unsigned int order;
5219
5220         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5221         if (pageblock_order)
5222                 return;
5223
5224         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5225                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5226         else
5227                 order = MAX_ORDER - 1;
5228
5229         /*
5230          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5231          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5232          * powerpc.
5233          */
5234         pageblock_order = order;
5235 }
5236 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5237
5238 /*
5239  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5240  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5241  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5242  * the kernel config
5243  */
5244 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5245 {
5246 }
5247
5248 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5249
5250 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5251                                                    unsigned long present_pages)
5252 {
5253         unsigned long pages = spanned_pages;
5254
5255         /*
5256          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5257          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5258          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5259          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5260          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5261          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5262          */
5263         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5264             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5265                 pages = present_pages;
5266
5267         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5268 }
5269
5270 /*
5271  * Set up the zone data structures:
5272  *   - mark all pages reserved
5273  *   - mark all memory queues empty
5274  *   - clear the memory bitmaps
5275  *
5276  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5277  */
5278 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
5279                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
5280 {
5281         enum zone_type j;
5282         int nid = pgdat->node_id;
5283         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5284         int ret;
5285
5286         pgdat_resize_init(pgdat);
5287 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5288         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5289         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5290         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5291 #endif
5292         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5293         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5294         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5295
5296         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5297                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5298                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5299
5300                 size = zone->spanned_pages;
5301                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5302
5303                 /*
5304                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5305                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5306                  * and per-cpu initialisations
5307                  */
5308                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5309                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5310                         if (freesize >= memmap_pages) {
5311                                 freesize -= memmap_pages;
5312                                 if (memmap_pages)
5313                                         printk(KERN_DEBUG
5314                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5315                                                zone_names[j], memmap_pages);
5316                         } else
5317                                 printk(KERN_WARNING
5318                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5319                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5320                 }
5321
5322                 /* Account for reserved pages */
5323                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5324                         freesize -= dma_reserve;
5325                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5326                                         zone_names[0], dma_reserve);
5327                 }
5328
5329                 if (!is_highmem_idx(j))
5330                         nr_kernel_pages += freesize;
5331                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5332                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5333                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5334                 nr_all_pages += freesize;
5335
5336                 /*
5337                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5338                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5339                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5340                  */
5341                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5342 #ifdef CONFIG_NUMA
5343                 zone->node = nid;
5344                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5345                                                 / 100;
5346                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5347 #endif
5348                 zone->name = zone_names[j];
5349                 spin_lock_init(&zone->lock);
5350                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5351                 zone_seqlock_init(zone);
5352                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5353                 zone_pcp_init(zone);
5354
5355                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5356                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5357
5358                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5359                 if (!size)
5360                         continue;
5361
5362                 set_pageblock_order();
5363                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5364                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5365                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5366                 BUG_ON(ret);
5367                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5368                 zone_start_pfn += size;
5369         }
5370 }
5371
5372 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5373 {
5374         /* Skip empty nodes */
5375         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5376                 return;
5377
5378 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5379         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5380         if (!pgdat->node_mem_map) {
5381                 unsigned long size, start, end;
5382                 struct page *map;
5383
5384                 /*
5385                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5386                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5387                  * for the buddy allocator to function correctly.
5388                  */
5389                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5390                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5391                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5392                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5393                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5394                 if (!map)
5395                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5396                                                                pgdat->node_id);
5397                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5398         }
5399 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5400         /*
5401          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5402          */
5403         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5404                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5405 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5406                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5407                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5408 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5409         }
5410 #endif
5411 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5412 }
5413
5414 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5415                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5416 {
5417         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5418         unsigned long start_pfn = 0;
5419         unsigned long end_pfn = 0;
5420
5421         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5422         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5423
5424         reset_deferred_meminit(pgdat);
5425         pgdat->node_id = nid;
5426         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5427 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5428         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5429         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5430                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5431 #endif
5432         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5433                                   zones_size, zholes_size);
5434
5435         alloc_node_mem_map(pgdat);
5436 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5437         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5438                 nid, (unsigned long)pgdat,
5439                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5440 #endif
5441
5442         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5443 }
5444
5445 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5446
5447 #if MAX_NUMNODES > 1
5448 /*
5449  * Figure out the number of possible node ids.
5450  */
5451 void __init setup_nr_node_ids(void)
5452 {
5453         unsigned int node;
5454         unsigned int highest = 0;
5455
5456         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5457                 highest = node;
5458         nr_node_ids = highest + 1;
5459 }
5460 #endif
5461
5462 /**
5463  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5464  *
5465  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5466  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5467  * all the nodes.
5468  *
5469  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5470  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5471  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5472  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5473  *
5474  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5475  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5476  * populated node map.
5477  *
5478  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5479  * requirement (single node).
5480  */
5481 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5482 {
5483         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5484         unsigned long start, end, mask;
5485         int last_nid = -1;
5486         int i, nid;
5487
5488         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5489                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5490                         last_nid = nid;
5491                         last_end = end;
5492                         continue;
5493                 }
5494
5495                 /*
5496                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5497                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5498                  * too coarse to separate the current node from the last.
5499                  */
5500                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5501                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5502                         mask <<= 1;
5503
5504                 /* accumulate all internode masks */
5505                 accl_mask |= mask;
5506         }
5507
5508         /* convert mask to number of pages */
5509         return ~accl_mask + 1;
5510 }
5511
5512 /* Find the lowest pfn for a node */
5513 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5514 {
5515         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5516         unsigned long start_pfn;
5517         int i;
5518
5519         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5520                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5521
5522         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5523                 printk(KERN_WARNING
5524                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5525                 return 0;
5526         }
5527
5528         return min_pfn;
5529 }
5530
5531 /**
5532  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5533  *
5534  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5535  * memblock_set_node().
5536  */
5537 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5538 {
5539         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5540 }
5541
5542 /*
5543  * early_calculate_totalpages()
5544  * Sum pages in active regions for movable zone.
5545  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5546  */
5547 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5548 {
5549         unsigned long totalpages = 0;
5550         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5551         int i, nid;
5552
5553         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5554                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5555
5556                 totalpages += pages;
5557                 if (pages)
5558                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5559         }
5560         return totalpages;
5561 }
5562
5563 /*
5564  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5565  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5566  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5567  * others
5568  */
5569 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5570 {
5571         int i, nid;
5572         unsigned long usable_startpfn;
5573         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5574         /* save the state before borrow the nodemask */
5575         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5576         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5577         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5578         struct memblock_region *r;
5579
5580         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5581         find_usable_zone_for_movable();
5582
5583         /*
5584          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5585          * options.
5586          */
5587         if (movable_node_is_enabled()) {
5588                 for_each_memblock(memory, r) {
5589                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5590                                 continue;
5591
5592                         nid = r->nid;
5593
5594                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5595                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5596                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5597                                 usable_startpfn;
5598                 }
5599
5600                 goto out2;
5601         }
5602
5603         /*
5604          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5605          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5606          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5607          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5608          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5609          * what movablecore would have allowed.
5610          */
5611         if (required_movablecore) {
5612                 unsigned long corepages;
5613
5614                 /*
5615                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5616                  * was requested by the user
5617                  */
5618                 required_movablecore =
5619                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5620                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5621
5622                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5623         }
5624
5625         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5626         if (!required_kernelcore)
5627                 goto out;
5628
5629         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5630         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5631
5632 restart:
5633         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5634         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5635         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5636                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5637
5638                 /*
5639                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5640                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5641                  * amount of memory for the kernel
5642                  */
5643                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5644                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5645
5646                 /*
5647                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5648                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5649                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5650                  */
5651                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5652
5653                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5654                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5655                         unsigned long size_pages;
5656
5657                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5658                         if (start_pfn >= end_pfn)
5659                                 continue;
5660
5661                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5662                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5663                                 unsigned long kernel_pages;
5664                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5665                                                                 - start_pfn;
5666
5667                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5668                                                         kernelcore_remaining);
5669                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5670                                                         required_kernelcore);
5671
5672                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5673                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5674
5675                                         /*
5676                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5677                                          * that if we have to rebalance
5678                                          * kernelcore across nodes, we will
5679                                          * not double account here
5680                                          */
5681                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5682                                         continue;
5683                                 }
5684                                 start_pfn = usable_startpfn;
5685                         }
5686
5687                         /*
5688                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5689                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5690                          * number of pages used as kernelcore
5691                          */
5692                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5693                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5694                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5695                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5696
5697                         /*
5698                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5699                          * break if the kernelcore for this node has been
5700                          * satisfied
5701                          */
5702                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5703                                                                 size_pages);
5704                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5705                         if (!kernelcore_remaining)
5706                                 break;
5707                 }
5708         }
5709
5710         /*
5711          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5712          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5713          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5714          * satisfied
5715          */
5716         usable_nodes--;
5717         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5718                 goto restart;
5719
5720 out2:
5721         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5722         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5723                 zone_movable_pfn[nid] =
5724                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5725
5726 out:
5727         /* restore the node_state */
5728         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5729 }
5730
5731 /* Any regular or high memory on that node ? */
5732 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5733 {
5734         enum zone_type zone_type;
5735
5736         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5737                 return;
5738
5739         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5740                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5741                 if (populated_zone(zone)) {
5742                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5743                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5744                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5745                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5746                         break;
5747                 }
5748         }
5749 }
5750
5751 /**
5752  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5753  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5754  *
5755  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5756  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5757  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5758  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5759  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5760  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5761  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5762  * at arch_max_dma_pfn.
5763  */
5764 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5765 {
5766         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5767         int i, nid;
5768
5769         /* Record where the zone boundaries are */
5770         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5771                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5772         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5773                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5774         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5775         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5776         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5777                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5778                         continue;
5779                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5780                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5781                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5782                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5783         }
5784         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5785         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5786
5787         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5788         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5789         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5790
5791         /* Print out the zone ranges */
5792         pr_info("Zone ranges:\n");
5793         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5794                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5795                         continue;
5796                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5797                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5798                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5799                         pr_cont("empty\n");
5800                 else
5801                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5802                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5803                                         << PAGE_SHIFT,
5804                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5805                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5806         }
5807
5808         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5809         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5810         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5811                 if (zone_movable_pfn[i])
5812                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5813                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5814         }
5815
5816         /* Print out the early node map */
5817         pr_info("Early memory node ranges\n");
5818         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5819                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5820                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5821                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5822
5823         /* Initialise every node */
5824         mminit_verify_pageflags_layout();
5825         setup_nr_node_ids();
5826         for_each_online_node(nid) {
5827                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5828                 free_area_init_node(nid, NULL,
5829                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5830
5831                 /* Any memory on that node */
5832                 if (pgdat->node_present_pages)
5833                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5834                 check_for_memory(pgdat, nid);
5835         }
5836 }
5837
5838 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5839 {
5840         unsigned long long coremem;
5841         if (!p)
5842                 return -EINVAL;
5843
5844         coremem = memparse(p, &p);
5845         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5846
5847         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5848         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5849
5850         return 0;
5851 }
5852
5853 /*
5854  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5855  * cannot be reclaimed or migrated.
5856  */
5857 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5858 {
5859         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5860 }
5861
5862 /*
5863  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5864  * can be reclaimed or migrated.
5865  */
5866 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5867 {
5868         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5869 }
5870
5871 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5872 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5873
5874 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5875
5876 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5877 {
5878         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5879         page_zone(page)->managed_pages += count;
5880         totalram_pages += count;
5881 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5882         if (PageHighMem(page))
5883                 totalhigh_pages += count;
5884 #endif
5885         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5886 }
5887 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5888
5889 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5890 {
5891         void *pos;
5892         unsigned long pages = 0;
5893
5894         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5895         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5896         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5897                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5898                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5899                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5900         }
5901
5902         if (pages && s)
5903                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5904                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5905
5906         return pages;
5907 }
5908 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5909
5910 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5911 void free_highmem_page(struct page *page)
5912 {
5913         __free_reserved_page(page);
5914         totalram_pages++;
5915         page_zone(page)->managed_pages++;
5916         totalhigh_pages++;
5917 }
5918 #endif
5919
5920
5921 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5922 {
5923         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5924         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5925
5926         physpages = get_num_physpages();
5927         codesize = _etext - _stext;
5928         datasize = _edata - _sdata;
5929         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5930         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5931         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5932         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5933
5934         /*
5935          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5936          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5937          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5938          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5939          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5940          */
5941 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5942         do { \
5943                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5944                         size -= adj; \
5945         } while (0)
5946
5947         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5948                      _sinittext, init_code_size);
5949         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5950         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5951         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5952         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5953
5954 #undef  adj_init_size
5955
5956         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5957                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5958                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5959 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5960                ", %luK highmem"
5961 #endif
5962                "%s%s)\n",
5963                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5964                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5965                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5966                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5967                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5968 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5969                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5970 #endif
5971                str ? ", " : "", str ? str : "");
5972 }
5973
5974 /**
5975  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5976  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5977  *
5978  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5979  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5980  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5981  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5982  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5983  * smaller per-cpu batchsize.
5984  */
5985 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5986 {
5987         dma_reserve = new_dma_reserve;
5988 }
5989
5990 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5991 {
5992         free_area_init_node(0, zones_size,
5993                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5994 }
5995
5996 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5997                                  unsigned long action, void *hcpu)
5998 {
5999         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6000
6001         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6002                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6003                 drain_pages(cpu);
6004
6005                 /*
6006                  * Spill the event counters of the dead processor
6007                  * into the current processors event counters.
6008                  * This artificially elevates the count of the current
6009                  * processor.
6010                  */
6011                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6012
6013                 /*
6014                  * Zero the differential counters of the dead processor
6015                  * so that the vm statistics are consistent.
6016                  *
6017                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6018                  * race with what we are doing.
6019                  */
6020                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6021         }
6022         return NOTIFY_OK;
6023 }
6024
6025 void __init page_alloc_init(void)
6026 {
6027         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6028 }
6029
6030 /*
6031  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
6032  *      or min_free_kbytes changes.
6033  */
6034 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6035 {
6036         struct pglist_data *pgdat;
6037         unsigned long reserve_pages = 0;
6038         enum zone_type i, j;
6039
6040         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6041                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6042                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6043                         long max = 0;
6044
6045                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6046                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6047                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6048                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6049                         }
6050
6051                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6052                         max += high_wmark_pages(zone);
6053
6054                         if (max > zone->managed_pages)
6055                                 max = zone->managed_pages;
6056                         reserve_pages += max;
6057                         /*
6058                          * Lowmem reserves are not available to
6059                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6060                          * kswapd tries to balance zones to their high
6061                          * watermark.  As a result, neither should be
6062                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6063                          * situation where reclaim has to clean pages
6064                          * in order to balance the zones.
6065                          */
6066                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6067                 }
6068         }
6069         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6070         totalreserve_pages = reserve_pages;
6071 }
6072
6073 /*
6074  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6075  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6076  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6077  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6078  */
6079 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6080 {
6081         struct pglist_data *pgdat;
6082         enum zone_type j, idx;
6083
6084         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6085                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6086                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6087                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6088
6089                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6090
6091                         idx = j;
6092                         while (idx) {
6093                                 struct zone *lower_zone;
6094
6095                                 idx--;
6096
6097                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6098                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6099
6100                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6101                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6102                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6103                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6104                         }
6105                 }
6106         }
6107
6108         /* update totalreserve_pages */
6109         calculate_totalreserve_pages();
6110 }
6111
6112 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6113 {
6114         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6115         unsigned long lowmem_pages = 0;
6116         struct zone *zone;
6117         unsigned long flags;
6118
6119         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6120         for_each_zone(zone) {
6121                 if (!is_highmem(zone))
6122                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6123         }
6124
6125         for_each_zone(zone) {
6126                 u64 tmp;
6127
6128                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6129                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6130                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6131                 if (is_highmem(zone)) {
6132                         /*
6133                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6134                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6135                          * value here.
6136                          *
6137                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6138                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6139                          * not be capped for highmem.
6140                          */
6141                         unsigned long min_pages;
6142
6143                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6144                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6145                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6146                 } else {
6147                         /*
6148                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6149                          * proportionate to the zone's size.
6150                          */
6151                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6152                 }
6153
6154                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6155                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6156
6157                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6158                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6159                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6160
6161                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
6162                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6163         }
6164
6165         /* update totalreserve_pages */
6166         calculate_totalreserve_pages();
6167 }
6168
6169 /**
6170  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6171  * or when memory is hot-{added|removed}
6172  *
6173  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6174  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6175  */
6176 void setup_per_zone_wmarks(void)
6177 {
6178         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6179         __setup_per_zone_wmarks();
6180         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6181 }
6182
6183 /*
6184  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6185  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6186  * to be referenced again before it is swapped out.
6187  *
6188  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6189  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6190  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6191  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6192  *
6193  * total     target    max
6194  * memory    ratio     inactive anon
6195  * -------------------------------------
6196  *   10MB       1         5MB
6197  *  100MB       1        50MB
6198  *    1GB       3       250MB
6199  *   10GB      10       0.9GB
6200  *  100GB      31         3GB
6201  *    1TB     101        10GB
6202  *   10TB     320        32GB
6203  */
6204 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6205 {
6206         unsigned int gb, ratio;
6207
6208         /* Zone size in gigabytes */
6209         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6210         if (gb)
6211                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6212         else
6213                 ratio = 1;
6214
6215         zone->inactive_ratio = ratio;
6216 }
6217
6218 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6219 {
6220         struct zone *zone;
6221
6222         for_each_zone(zone)
6223                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6224 }
6225
6226 /*
6227  * Initialise min_free_kbytes.
6228  *
6229  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6230  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6231  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6232  *
6233  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6234  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6235  *
6236  * which yields
6237  *
6238  * 16MB:        512k
6239  * 32MB:        724k
6240  * 64MB:        1024k
6241  * 128MB:       1448k
6242  * 256MB:       2048k
6243  * 512MB:       2896k
6244  * 1024MB:      4096k
6245  * 2048MB:      5792k
6246  * 4096MB:      8192k
6247  * 8192MB:      11584k
6248  * 16384MB:     16384k
6249  */
6250 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6251 {
6252         unsigned long lowmem_kbytes;
6253         int new_min_free_kbytes;
6254
6255         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6256         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6257
6258         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6259                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6260                 if (min_free_kbytes < 128)
6261                         min_free_kbytes = 128;
6262                 if (min_free_kbytes > 65536)
6263                         min_free_kbytes = 65536;
6264         } else {
6265                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6266                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6267         }
6268         setup_per_zone_wmarks();
6269         refresh_zone_stat_thresholds();
6270         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6271         setup_per_zone_inactive_ratio();
6272         return 0;
6273 }
6274 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6275
6276 /*
6277  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6278  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6279  *      changes.
6280  */
6281 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6282         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6283 {
6284         int rc;
6285
6286         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6287         if (rc)
6288                 return rc;
6289
6290         if (write) {
6291                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6292                 setup_per_zone_wmarks();
6293         }
6294         return 0;
6295 }
6296
6297 #ifdef CONFIG_NUMA
6298 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6299         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6300 {
6301         struct zone *zone;
6302         int rc;
6303
6304         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6305         if (rc)
6306                 return rc;
6307
6308         for_each_zone(zone)
6309                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6310                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6311         return 0;
6312 }
6313
6314 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6315         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6316 {
6317         struct zone *zone;
6318         int rc;
6319
6320         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6321         if (rc)
6322                 return rc;
6323
6324         for_each_zone(zone)
6325                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6326                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6327         return 0;
6328 }
6329 #endif
6330
6331 /*
6332  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6333  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6334  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6335  *
6336  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6337  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6338  * if in function of the boot time zone sizes.
6339  */
6340 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6341         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6342 {
6343         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6344         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6345         return 0;
6346 }
6347
6348 /*
6349  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6350  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6351  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6352  */
6353 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6354         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6355 {
6356         struct zone *zone;
6357         int old_percpu_pagelist_fraction;
6358         int ret;
6359
6360         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6361         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6362
6363         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6364         if (!write || ret < 0)
6365                 goto out;
6366
6367         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6368         if (percpu_pagelist_fraction &&
6369             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6370                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6371                 ret = -EINVAL;
6372                 goto out;
6373         }
6374
6375         /* No change? */
6376         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6377                 goto out;
6378
6379         for_each_populated_zone(zone) {
6380                 unsigned int cpu;
6381
6382                 for_each_possible_cpu(cpu)
6383                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6384                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6385         }
6386 out:
6387         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6388         return ret;
6389 }
6390
6391 #ifdef CONFIG_NUMA
6392 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6393
6394 static int __init set_hashdist(char *str)
6395 {
6396         if (!str)
6397                 return 0;
6398         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6399         return 1;
6400 }
6401 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6402 #endif
6403
6404 /*
6405  * allocate a large system hash table from bootmem
6406  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6407  *   quantity of entries
6408  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6409  */
6410 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6411                                      unsigned long bucketsize,
6412                                      unsigned long numentries,
6413                                      int scale,
6414                                      int flags,
6415                                      unsigned int *_hash_shift,
6416                                      unsigned int *_hash_mask,
6417                                      unsigned long low_limit,
6418                                      unsigned long high_limit)
6419 {
6420         unsigned long long max = high_limit;
6421         unsigned long log2qty, size;
6422         void *table = NULL;
6423
6424         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6425         if (!numentries) {
6426                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6427                 numentries = nr_kernel_pages;
6428
6429                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6430                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6431                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6432
6433                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6434                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6435                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6436                 else
6437                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6438
6439                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6440                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6441                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6442                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6443                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6444                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6445                                 BUG_ON(!numentries);
6446                         }
6447                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6448                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6449         }
6450         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6451
6452         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6453         if (max == 0) {
6454                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6455                 do_div(max, bucketsize);
6456         }
6457         max = min(max, 0x80000000ULL);
6458
6459         if (numentries < low_limit)
6460                 numentries = low_limit;
6461         if (numentries > max)
6462                 numentries = max;
6463
6464         log2qty = ilog2(numentries);
6465
6466         do {
6467                 size = bucketsize << log2qty;
6468                 if (flags & HASH_EARLY)
6469                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6470                 else if (hashdist)
6471                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6472                 else {
6473                         /*
6474                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6475                          * some pages at the end of hash table which
6476                          * alloc_pages_exact() automatically does
6477                          */
6478                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6479                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6480                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6481                         }
6482                 }
6483         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6484
6485         if (!table)
6486                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6487
6488         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6489                tablename,
6490                (1UL << log2qty),
6491                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6492                size);
6493
6494         if (_hash_shift)
6495                 *_hash_shift = log2qty;
6496         if (_hash_mask)
6497                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6498
6499         return table;
6500 }
6501
6502 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6503 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6504                                                         unsigned long pfn)
6505 {
6506 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6507         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6508 #else
6509         return zone->pageblock_flags;
6510 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6511 }
6512
6513 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6514 {
6515 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6516         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6517         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6518 #else
6519         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6520         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6521 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6522 }
6523
6524 /**
6525  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6526  * @page: The page within the block of interest
6527  * @pfn: The target page frame number
6528  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6529  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6530  *
6531  * Return: pageblock_bits flags
6532  */
6533 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6534                                         unsigned long end_bitidx,
6535                                         unsigned long mask)
6536 {
6537         struct zone *zone;
6538         unsigned long *bitmap;
6539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6540         unsigned long word;
6541
6542         zone = page_zone(page);
6543         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6544         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6545         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6546         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6547
6548         word = bitmap[word_bitidx];
6549         bitidx += end_bitidx;
6550         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6551 }
6552
6553 /**
6554  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6555  * @page: The page within the block of interest
6556  * @flags: The flags to set
6557  * @pfn: The target page frame number
6558  * @end_bitidx: The last bit of interest
6559  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6560  */
6561 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6562                                         unsigned long pfn,
6563                                         unsigned long end_bitidx,
6564                                         unsigned long mask)
6565 {
6566         struct zone *zone;
6567         unsigned long *bitmap;
6568         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6569         unsigned long old_word, word;
6570
6571         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6572
6573         zone = page_zone(page);
6574         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6575         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6576         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6577         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6578
6579         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6580
6581         bitidx += end_bitidx;
6582         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6583         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6584
6585         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6586         for (;;) {
6587                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6588                 if (word == old_word)
6589                         break;
6590                 word = old_word;
6591         }
6592 }
6593
6594 /*
6595  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6596  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6597  *
6598  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6599  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6600  * expect this function should be exact.
6601  */
6602 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6603                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6604 {
6605         unsigned long pfn, iter, found;
6606         int mt;
6607
6608         /*
6609          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6610          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6611          */
6612         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6613                 return false;
6614         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6615         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6616                 return false;
6617
6618         pfn = page_to_pfn(page);
6619         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6620                 unsigned long check = pfn + iter;
6621
6622                 if (!pfn_valid_within(check))
6623                         continue;
6624
6625                 page = pfn_to_page(check);
6626
6627                 /*
6628                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6629                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6630                  * handle each tail page individually in migration.
6631                  */
6632                 if (PageHuge(page)) {
6633                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6634                         continue;
6635                 }
6636
6637                 /*
6638                  * We can't use page_count without pin a page
6639                  * because another CPU can free compound page.
6640                  * This check already skips compound tails of THP
6641                  * because their page->_count is zero at all time.
6642                  */
6643                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6644                         if (PageBuddy(page))
6645                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6646                         continue;
6647                 }
6648
6649                 /*
6650                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6651                  * page_count() is not 0.
6652                  */
6653                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6654                         continue;
6655
6656                 if (!PageLRU(page))
6657                         found++;
6658                 /*
6659                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6660                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6661                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6662                  */
6663                 /*
6664                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6665                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6666                  *
6667                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6668                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6669                  * page at boot.
6670                  */
6671                 if (found > count)
6672                         return true;
6673         }
6674         return false;
6675 }
6676
6677 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6678 {
6679         struct zone *zone;
6680         unsigned long pfn;
6681
6682         /*
6683          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6684          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6685          * the zone but still within the section.
6686          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6687          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6688          */
6689         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6690                 return false;
6691
6692         zone = page_zone(page);
6693         pfn = page_to_pfn(page);
6694         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6695                 return false;
6696
6697         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6698 }
6699
6700 #ifdef CONFIG_CMA
6701
6702 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6703 {
6704         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6705                              pageblock_nr_pages) - 1);
6706 }
6707
6708 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6709 {
6710         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6711                                 pageblock_nr_pages));
6712 }
6713
6714 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6715 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6716                                         unsigned long start, unsigned long end)
6717 {
6718         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6719         unsigned long nr_reclaimed;
6720         unsigned long pfn = start;
6721         unsigned int tries = 0;
6722         int ret = 0;
6723
6724         migrate_prep();
6725
6726         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6727                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6728                         ret = -EINTR;
6729                         break;
6730                 }
6731
6732                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6733                         cc->nr_migratepages = 0;
6734                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6735                         if (!pfn) {
6736                                 ret = -EINTR;
6737                                 break;
6738                         }
6739                         tries = 0;
6740                 } else if (++tries == 5) {
6741                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6742                         break;
6743                 }
6744
6745                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6746                                                         &cc->migratepages);
6747                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6748
6749                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6750                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6751         }
6752         if (ret < 0) {
6753                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6754                 return ret;
6755         }
6756         return 0;
6757 }
6758
6759 /**
6760  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6761  * @start:      start PFN to allocate
6762  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6763  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6764  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6765  *                      in range must have the same migratetype and it must
6766  *                      be either of the two.
6767  *
6768  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6769  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6770  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6771  * pages fall in.
6772  *
6773  * The PFN range must belong to a single zone.
6774  *
6775  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6776  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6777  * need to be freed with free_contig_range().
6778  */
6779 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6780                        unsigned migratetype)
6781 {
6782         unsigned long outer_start, outer_end;
6783         int ret = 0, order;
6784
6785         struct compact_control cc = {
6786                 .nr_migratepages = 0,
6787                 .order = -1,
6788                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6789                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6790                 .ignore_skip_hint = true,
6791         };
6792         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6793
6794         /*
6795          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6796          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6797          * have different sizes, and due to the way page allocator
6798          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6799          * that page allocator won't try to merge buddies from
6800          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6801          * other migration type.
6802          *
6803          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6804          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6805          * we are interested in).  This will put all the pages in
6806          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6807          *
6808          * When this is done, we take the pages in range from page
6809          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6810          * page allocator will never consider using them.
6811          *
6812          * This lets us mark the pageblocks back as
6813          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6814          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6815          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6816          */
6817
6818         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6819                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6820                                        false);
6821         if (ret)
6822                 return ret;
6823
6824         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6825         if (ret)
6826                 goto done;
6827
6828         /*
6829          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6830          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6831          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6832          * What we are going to do is to allocate all pages from
6833          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6834          *
6835          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6836          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6837          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6838          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6839          * once this is done free the pages we are not interested in.
6840          *
6841          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6842          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6843          */
6844
6845         lru_add_drain_all();
6846         drain_all_pages(cc.zone);
6847
6848         order = 0;
6849         outer_start = start;
6850         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6851                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6852                         ret = -EBUSY;
6853                         goto done;
6854                 }
6855                 outer_start &= ~0UL << order;
6856         }
6857
6858         /* Make sure the range is really isolated. */
6859         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6860                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6861                         __func__, outer_start, end);
6862                 ret = -EBUSY;
6863                 goto done;
6864         }
6865
6866         /* Grab isolated pages from freelists. */
6867         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6868         if (!outer_end) {
6869                 ret = -EBUSY;
6870                 goto done;
6871         }
6872
6873         /* Free head and tail (if any) */
6874         if (start != outer_start)
6875                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6876         if (end != outer_end)
6877                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6878
6879 done:
6880         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6881                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6882         return ret;
6883 }
6884
6885 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6886 {
6887         unsigned int count = 0;
6888
6889         for (; nr_pages--; pfn++) {
6890                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6891
6892                 count += page_count(page) != 1;
6893                 __free_page(page);
6894         }
6895         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6896 }
6897 #endif
6898
6899 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6900 /*
6901  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6902  * page high values need to be recalulated.
6903  */
6904 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6905 {
6906         unsigned cpu;
6907         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6908         for_each_possible_cpu(cpu)
6909                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6910                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6911         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6912 }
6913 #endif
6914
6915 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6916 {
6917         unsigned long flags;
6918         int cpu;
6919         struct per_cpu_pageset *pset;
6920
6921         /* avoid races with drain_pages()  */
6922         local_irq_save(flags);
6923         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6924                 for_each_online_cpu(cpu) {
6925                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6926                         drain_zonestat(zone, pset);
6927                 }
6928                 free_percpu(zone->pageset);
6929                 zone->pageset = &boot_pageset;
6930         }
6931         local_irq_restore(flags);
6932 }
6933
6934 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6935 /*
6936  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6937  */
6938 void
6939 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6940 {
6941         struct page *page;
6942         struct zone *zone;
6943         unsigned int order, i;
6944         unsigned long pfn;
6945         unsigned long flags;
6946         /* find the first valid pfn */
6947         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6948                 if (pfn_valid(pfn))
6949                         break;
6950         if (pfn == end_pfn)
6951                 return;
6952         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6953         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6954         pfn = start_pfn;
6955         while (pfn < end_pfn) {
6956                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6957                         pfn++;
6958                         continue;
6959                 }
6960                 page = pfn_to_page(pfn);
6961                 /*
6962                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6963                  * page_count() is not 0.
6964                  */
6965                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6966                         pfn++;
6967                         SetPageReserved(page);
6968                         continue;
6969                 }
6970
6971                 BUG_ON(page_count(page));
6972                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6973                 order = page_order(page);
6974 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6975                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6976                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6977 #endif
6978                 list_del(&page->lru);
6979                 rmv_page_order(page);
6980                 zone->free_area[order].nr_free--;
6981                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6982                         SetPageReserved((page+i));
6983                 pfn += (1 << order);
6984         }
6985         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6986 }
6987 #endif
6988
6989 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6990 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6991 {
6992         struct zone *zone = page_zone(page);
6993         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6994         unsigned long flags;
6995         unsigned int order;
6996
6997         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6998         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6999                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7000
7001                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7002                         break;
7003         }
7004         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7005
7006         return order < MAX_ORDER;
7007 }
7008 #endif