mm, oom: protect !costly allocations some more
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.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 int percpu_pagelist_fraction;
120 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
121
122 /*
123  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
124  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
125  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
126  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
127  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
128  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
129  */
130 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
131 {
132         return page->index;
133 }
134
135 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
136 {
137         page->index = migratetype;
138 }
139
140 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
141 /*
142  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
143  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
144  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
145  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
146  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
147  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
148  */
149
150 static gfp_t saved_gfp_mask;
151
152 void pm_restore_gfp_mask(void)
153 {
154         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
155         if (saved_gfp_mask) {
156                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
157                 saved_gfp_mask = 0;
158         }
159 }
160
161 void pm_restrict_gfp_mask(void)
162 {
163         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
164         WARN_ON(saved_gfp_mask);
165         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
166         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
167 }
168
169 bool pm_suspended_storage(void)
170 {
171         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
172                 return false;
173         return true;
174 }
175 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
176
177 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
178 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
179 #endif
180
181 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
182
183 /*
184  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
185  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
186  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
187  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
188  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
189  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
190  *
191  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
192  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
193  */
194 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
195 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
196          256,
197 #endif
198 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
199          256,
200 #endif
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          32,
203 #endif
204          32,
205 };
206
207 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
208
209 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
211          "DMA",
212 #endif
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
214          "DMA32",
215 #endif
216          "Normal",
217 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
218          "HighMem",
219 #endif
220          "Movable",
221 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
222          "Device",
223 #endif
224 };
225
226 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
227         "Unmovable",
228         "Movable",
229         "Reclaimable",
230         "HighAtomic",
231 #ifdef CONFIG_CMA
232         "CMA",
233 #endif
234 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
235         "Isolate",
236 #endif
237 };
238
239 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
240         NULL,
241         free_compound_page,
242 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
243         free_huge_page,
244 #endif
245 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
246         free_transhuge_page,
247 #endif
248 };
249
250 int min_free_kbytes = 1024;
251 int user_min_free_kbytes = -1;
252 int watermark_scale_factor = 10;
253
254 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
255 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
256 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
257
258 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
259 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
260 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
261 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
262 static unsigned long __initdata required_movablecore;
263 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
264 static bool mirrored_kernelcore;
265
266 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
267 int movable_zone;
268 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
269 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
270
271 #if MAX_NUMNODES > 1
272 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
273 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
274 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
275 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
276 #endif
277
278 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
279
280 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
281 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
282 {
283         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
284 }
285
286 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
287 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
288 {
289         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
290                 return true;
291
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
343 {
344         return false;
345 }
346
347 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
348                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
349                                 unsigned long *nr_initialised)
350 {
351         return true;
352 }
353 #endif
354
355 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
356 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
357                                                         unsigned long pfn)
358 {
359 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
360         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
361 #else
362         return page_zone(page)->pageblock_flags;
363 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
364 }
365
366 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
367 {
368 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
369         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
370         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
371 #else
372         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
373         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
374 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
375 }
376
377 /**
378  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
379  * @page: The page within the block of interest
380  * @pfn: The target page frame number
381  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
382  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
383  *
384  * Return: pageblock_bits flags
385  */
386 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
387                                         unsigned long pfn,
388                                         unsigned long end_bitidx,
389                                         unsigned long mask)
390 {
391         unsigned long *bitmap;
392         unsigned long bitidx, word_bitidx;
393         unsigned long word;
394
395         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
396         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
397         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
398         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
399
400         word = bitmap[word_bitidx];
401         bitidx += end_bitidx;
402         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
403 }
404
405 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
406                                         unsigned long end_bitidx,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
410 }
411
412 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
413 {
414         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
415 }
416
417 /**
418  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
419  * @page: The page within the block of interest
420  * @flags: The flags to set
421  * @pfn: The target page frame number
422  * @end_bitidx: The last bit of interest
423  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
424  */
425 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
426                                         unsigned long pfn,
427                                         unsigned long end_bitidx,
428                                         unsigned long mask)
429 {
430         unsigned long *bitmap;
431         unsigned long bitidx, word_bitidx;
432         unsigned long old_word, word;
433
434         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
435
436         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
437         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
438         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
439         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
440
441         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
442
443         bitidx += end_bitidx;
444         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
445         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
446
447         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
448         for (;;) {
449                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
450                 if (word == old_word)
451                         break;
452                 word = old_word;
453         }
454 }
455
456 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
457 {
458         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
459                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
460                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
461
462         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
463                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
464 }
465
466 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
467 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         int ret = 0;
470         unsigned seq;
471         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
472         unsigned long sp, start_pfn;
473
474         do {
475                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
476                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
477                 sp = zone->spanned_pages;
478                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
479                         ret = 1;
480         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
481
482         if (ret)
483                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
484                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
485                         start_pfn, start_pfn + sp);
486
487         return ret;
488 }
489
490 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
493                 return 0;
494         if (zone != page_zone(page))
495                 return 0;
496
497         return 1;
498 }
499 /*
500  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
501  */
502 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
503 {
504         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
505                 return 1;
506         if (!page_is_consistent(zone, page))
507                 return 1;
508
509         return 0;
510 }
511 #else
512 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         return 0;
515 }
516 #endif
517
518 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
519                 unsigned long bad_flags)
520 {
521         static unsigned long resume;
522         static unsigned long nr_shown;
523         static unsigned long nr_unshown;
524
525         /* Don't complain about poisoned pages */
526         if (PageHWPoison(page)) {
527                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
528                 return;
529         }
530
531         /*
532          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
533          * or allow a steady drip of one report per second.
534          */
535         if (nr_shown == 60) {
536                 if (time_before(jiffies, resume)) {
537                         nr_unshown++;
538                         goto out;
539                 }
540                 if (nr_unshown) {
541                         pr_alert(
542                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
543                                 nr_unshown);
544                         nr_unshown = 0;
545                 }
546                 nr_shown = 0;
547         }
548         if (nr_shown++ == 0)
549                 resume = jiffies + 60 * HZ;
550
551         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
552                 current->comm, page_to_pfn(page));
553         __dump_page(page, reason);
554         bad_flags &= page->flags;
555         if (bad_flags)
556                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
557                                                 bad_flags, &bad_flags);
558         dump_page_owner(page);
559
560         print_modules();
561         dump_stack();
562 out:
563         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
564         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
565         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
566 }
567
568 /*
569  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
570  *
571  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
572  *
573  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
574  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
575  *
576  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
577  * page destructors. See compound_page_dtors.
578  *
579  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
580  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
581  */
582
583 void free_compound_page(struct page *page)
584 {
585         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
586 }
587
588 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
589 {
590         int i;
591         int nr_pages = 1 << order;
592
593         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
594         set_compound_order(page, order);
595         __SetPageHead(page);
596         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
597                 struct page *p = page + i;
598                 set_page_count(p, 0);
599                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
600                 set_compound_head(p, page);
601         }
602         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
603 }
604
605 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
606 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
607 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
608                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
609 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
610 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
611
612 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
613 {
614         if (!buf)
615                 return -EINVAL;
616
617         if (strcmp(buf, "on") == 0)
618                 _debug_pagealloc_enabled = true;
619
620         if (strcmp(buf, "off") == 0)
621                 _debug_pagealloc_enabled = false;
622
623         return 0;
624 }
625 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
626
627 static bool need_debug_guardpage(void)
628 {
629         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
630         if (!debug_pagealloc_enabled())
631                 return false;
632
633         return true;
634 }
635
636 static void init_debug_guardpage(void)
637 {
638         if (!debug_pagealloc_enabled())
639                 return;
640
641         _debug_guardpage_enabled = true;
642 }
643
644 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
645         .need = need_debug_guardpage,
646         .init = init_debug_guardpage,
647 };
648
649 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
650 {
651         unsigned long res;
652
653         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
654                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
655                 return 0;
656         }
657         _debug_guardpage_minorder = res;
658         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
659         return 0;
660 }
661 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
662
663 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
664                                 unsigned int order, int migratetype)
665 {
666         struct page_ext *page_ext;
667
668         if (!debug_guardpage_enabled())
669                 return;
670
671         page_ext = lookup_page_ext(page);
672         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
673
674         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
675         set_page_private(page, order);
676         /* Guard pages are not available for any usage */
677         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
678 }
679
680 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
681                                 unsigned int order, int migratetype)
682 {
683         struct page_ext *page_ext;
684
685         if (!debug_guardpage_enabled())
686                 return;
687
688         page_ext = lookup_page_ext(page);
689         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
690
691         set_page_private(page, 0);
692         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
693                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
694 }
695 #else
696 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
697 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
698                                 unsigned int order, int migratetype) {}
699 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
700                                 unsigned int order, int migratetype) {}
701 #endif
702
703 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         set_page_private(page, order);
706         __SetPageBuddy(page);
707 }
708
709 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
710 {
711         __ClearPageBuddy(page);
712         set_page_private(page, 0);
713 }
714
715 /*
716  * This function checks whether a page is free && is the buddy
717  * we can do coalesce a page and its buddy if
718  * (a) the buddy is not in a hole &&
719  * (b) the buddy is in the buddy system &&
720  * (c) a page and its buddy have the same order &&
721  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
722  *
723  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
724  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
725  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
726  * serialized by zone->lock.
727  *
728  * For recording page's order, we use page_private(page).
729  */
730 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
731                                                         unsigned int order)
732 {
733         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
734                 return 0;
735
736         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
737                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
738                         return 0;
739
740                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
741
742                 return 1;
743         }
744
745         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
746                 /*
747                  * zone check is done late to avoid uselessly
748                  * calculating zone/node ids for pages that could
749                  * never merge.
750                  */
751                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
752                         return 0;
753
754                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
755
756                 return 1;
757         }
758         return 0;
759 }
760
761 /*
762  * Freeing function for a buddy system allocator.
763  *
764  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
765  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
766  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
767  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
768  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
769  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
770  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
771  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
772  * parts of the VM system.
773  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
774  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
775  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
776  * field.
777  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
778  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
779  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
780  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
781  * triggers coalescing into a block of larger size.
782  *
783  * -- nyc
784  */
785
786 static inline void __free_one_page(struct page *page,
787                 unsigned long pfn,
788                 struct zone *zone, unsigned int order,
789                 int migratetype)
790 {
791         unsigned long page_idx;
792         unsigned long combined_idx;
793         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
794         struct page *buddy;
795         unsigned int max_order;
796
797         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
798
799         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
800         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
801
802         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
803         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
804                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
805
806         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
807
808         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
809         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
810
811 continue_merging:
812         while (order < max_order - 1) {
813                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
814                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
815                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
816                         goto done_merging;
817                 /*
818                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
819                  * merge with it and move up one order.
820                  */
821                 if (page_is_guard(buddy)) {
822                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
823                 } else {
824                         list_del(&buddy->lru);
825                         zone->free_area[order].nr_free--;
826                         rmv_page_order(buddy);
827                 }
828                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
829                 page = page + (combined_idx - page_idx);
830                 page_idx = combined_idx;
831                 order++;
832         }
833         if (max_order < MAX_ORDER) {
834                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
835                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
836                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
837                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
838                  *
839                  * We don't want to hit this code for the more frequent
840                  * low-order merging.
841                  */
842                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
843                         int buddy_mt;
844
845                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
846                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
847                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
848
849                         if (migratetype != buddy_mt
850                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
851                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
852                                 goto done_merging;
853                 }
854                 max_order++;
855                 goto continue_merging;
856         }
857
858 done_merging:
859         set_page_order(page, order);
860
861         /*
862          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
863          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
864          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
865          * that is happening, add the free page to the tail of the list
866          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
867          * as a higher order page
868          */
869         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
870                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
871                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
872                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
873                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
874                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
875                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
876                         list_add_tail(&page->lru,
877                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
878                         goto out;
879                 }
880         }
881
882         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
883 out:
884         zone->free_area[order].nr_free++;
885 }
886
887 /*
888  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
889  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
890  * check if necessary.
891  */
892 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
893                                         unsigned long check_flags)
894 {
895         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
896                 return false;
897
898         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
899                         page_ref_count(page) |
900 #ifdef CONFIG_MEMCG
901                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
902 #endif
903                         (page->flags & check_flags)))
904                 return false;
905
906         return true;
907 }
908
909 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
910 {
911         const char *bad_reason;
912         unsigned long bad_flags;
913
914         bad_reason = NULL;
915         bad_flags = 0;
916
917         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
918                 bad_reason = "nonzero mapcount";
919         if (unlikely(page->mapping != NULL))
920                 bad_reason = "non-NULL mapping";
921         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
922                 bad_reason = "nonzero _refcount";
923         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
924                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
925                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
926         }
927 #ifdef CONFIG_MEMCG
928         if (unlikely(page->mem_cgroup))
929                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
930 #endif
931         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
932 }
933
934 static inline int free_pages_check(struct page *page)
935 {
936         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
937                 return 0;
938
939         /* Something has gone sideways, find it */
940         free_pages_check_bad(page);
941         return 1;
942 }
943
944 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
945 {
946         int ret = 1;
947
948         /*
949          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
950          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
951          */
952         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
953
954         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
955                 ret = 0;
956                 goto out;
957         }
958         switch (page - head_page) {
959         case 1:
960                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
961                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
962                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
963                         goto out;
964                 }
965                 break;
966         case 2:
967                 /*
968                  * the second tail page: ->mapping is
969                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
970                  */
971                 break;
972         default:
973                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
974                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
975                         goto out;
976                 }
977                 break;
978         }
979         if (unlikely(!PageTail(page))) {
980                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
981                 goto out;
982         }
983         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
984                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
985                 goto out;
986         }
987         ret = 0;
988 out:
989         page->mapping = NULL;
990         clear_compound_head(page);
991         return ret;
992 }
993
994 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
995                                         unsigned int order, bool check_free)
996 {
997         int bad = 0;
998
999         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1000
1001         trace_mm_page_free(page, order);
1002         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1003         kasan_free_pages(page, order);
1004
1005         /*
1006          * Check tail pages before head page information is cleared to
1007          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1008          */
1009         if (unlikely(order)) {
1010                 bool compound = PageCompound(page);
1011                 int i;
1012
1013                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1014
1015                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1016                         if (compound)
1017                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1018                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1019                                 bad++;
1020                                 continue;
1021                         }
1022                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1023                 }
1024         }
1025         if (PageAnonHead(page))
1026                 page->mapping = NULL;
1027         if (check_free)
1028                 bad += free_pages_check(page);
1029         if (bad)
1030                 return false;
1031
1032         page_cpupid_reset_last(page);
1033         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1034         reset_page_owner(page, order);
1035
1036         if (!PageHighMem(page)) {
1037                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1038                                            PAGE_SIZE << order);
1039                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1040                                            PAGE_SIZE << order);
1041         }
1042         arch_free_page(page, order);
1043         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1044         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1045
1046         return true;
1047 }
1048
1049 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1050 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1053 }
1054
1055 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return false;
1058 }
1059 #else
1060 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1061 {
1062         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1063 }
1064
1065 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1066 {
1067         return free_pages_check(page);
1068 }
1069 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1070
1071 /*
1072  * Frees a number of pages from the PCP lists
1073  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1074  * count is the number of pages to free.
1075  *
1076  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1077  * see if this freeing clears that state.
1078  *
1079  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1080  * pinned" detection logic.
1081  */
1082 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1083                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1084 {
1085         int migratetype = 0;
1086         int batch_free = 0;
1087         unsigned long nr_scanned;
1088         bool isolated_pageblocks;
1089
1090         spin_lock(&zone->lock);
1091         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1092         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1093         if (nr_scanned)
1094                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1095
1096         while (count) {
1097                 struct page *page;
1098                 struct list_head *list;
1099
1100                 /*
1101                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1102                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1103                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1104                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1105                  * lists
1106                  */
1107                 do {
1108                         batch_free++;
1109                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1110                                 migratetype = 0;
1111                         list = &pcp->lists[migratetype];
1112                 } while (list_empty(list));
1113
1114                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1115                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1116                         batch_free = count;
1117
1118                 do {
1119                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1120
1121                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1122                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1123                         list_del(&page->lru);
1124
1125                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1126                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1127                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1128                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1129                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1130                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1131
1132                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1133                                 continue;
1134
1135                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1136                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1137                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1138         }
1139         spin_unlock(&zone->lock);
1140 }
1141
1142 static void free_one_page(struct zone *zone,
1143                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1144                                 unsigned int order,
1145                                 int migratetype)
1146 {
1147         unsigned long nr_scanned;
1148         spin_lock(&zone->lock);
1149         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
1150         if (nr_scanned)
1151                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1152
1153         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1154                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1155                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1156         }
1157         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1158         spin_unlock(&zone->lock);
1159 }
1160
1161 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1162                                 unsigned long zone, int nid)
1163 {
1164         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1165         init_page_count(page);
1166         page_mapcount_reset(page);
1167         page_cpupid_reset_last(page);
1168
1169         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1170 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1171         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1172         if (!is_highmem_idx(zone))
1173                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1174 #endif
1175 }
1176
1177 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1178                                         int nid)
1179 {
1180         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1181 }
1182
1183 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1184 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1185 {
1186         pg_data_t *pgdat;
1187         int nid, zid;
1188
1189         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1190                 return;
1191
1192         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1193         pgdat = NODE_DATA(nid);
1194
1195         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1196                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1197
1198                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1199                         break;
1200         }
1201         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1202 }
1203 #else
1204 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1205 {
1206 }
1207 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1208
1209 /*
1210  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1211  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1212  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1213  * sent to the buddy page allocator.
1214  */
1215 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
1216 {
1217         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1218         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1219
1220         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1221                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1222                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1223
1224                         init_reserved_page(start_pfn);
1225
1226                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1227                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1228
1229                         SetPageReserved(page);
1230                 }
1231         }
1232 }
1233
1234 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1235 {
1236         unsigned long flags;
1237         int migratetype;
1238         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1239
1240         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1241                 return;
1242
1243         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1244         local_irq_save(flags);
1245         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1246         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1247         local_irq_restore(flags);
1248 }
1249
1250 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1251 {
1252         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1253         struct page *p = page;
1254         unsigned int loop;
1255
1256         prefetchw(p);
1257         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1258                 prefetchw(p + 1);
1259                 __ClearPageReserved(p);
1260                 set_page_count(p, 0);
1261         }
1262         __ClearPageReserved(p);
1263         set_page_count(p, 0);
1264
1265         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1266         set_page_refcounted(page);
1267         __free_pages(page, order);
1268 }
1269
1270 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1271         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1272
1273 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1274
1275 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1276 {
1277         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1278         int nid;
1279
1280         spin_lock(&early_pfn_lock);
1281         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1282         if (nid < 0)
1283                 nid = 0;
1284         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1285
1286         return nid;
1287 }
1288 #endif
1289
1290 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1291 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1292                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1293 {
1294         int nid;
1295
1296         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1297         if (nid >= 0 && nid != node)
1298                 return false;
1299         return true;
1300 }
1301
1302 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1303 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1304 {
1305         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1306 }
1307
1308 #else
1309
1310 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1311 {
1312         return true;
1313 }
1314 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1315                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1316 {
1317         return true;
1318 }
1319 #endif
1320
1321
1322 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1323                                                         unsigned int order)
1324 {
1325         if (early_page_uninitialised(pfn))
1326                 return;
1327         return __free_pages_boot_core(page, order);
1328 }
1329
1330 /*
1331  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1332  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1333  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1334  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1335  * pageblocks.
1336  *
1337  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1338  *
1339  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1340  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1341  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1342  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1343  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1344  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1345  * page in a pageblock.
1346  */
1347 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1348                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1349 {
1350         struct page *start_page;
1351         struct page *end_page;
1352
1353         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1354         end_pfn--;
1355
1356         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1357                 return NULL;
1358
1359         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1360
1361         if (page_zone(start_page) != zone)
1362                 return NULL;
1363
1364         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1365
1366         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1367         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1368                 return NULL;
1369
1370         return start_page;
1371 }
1372
1373 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1374 {
1375         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1376         unsigned long block_end_pfn;
1377
1378         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1379         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1380                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1381                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1382
1383                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1384
1385                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1386                                              block_end_pfn, zone))
1387                         return;
1388         }
1389
1390         /* We confirm that there is no hole */
1391         zone->contiguous = true;
1392 }
1393
1394 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1395 {
1396         zone->contiguous = false;
1397 }
1398
1399 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1400 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1401                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1402 {
1403         int i;
1404
1405         if (!page)
1406                 return;
1407
1408         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1409         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1410             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1411                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1412                 __free_pages_boot_core(page, MAX_ORDER-1);
1413                 return;
1414         }
1415
1416         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++)
1417                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1418 }
1419
1420 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1421 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1422 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1423
1424 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1425 {
1426         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1427                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1428 }
1429
1430 /* Initialise remaining memory on a node */
1431 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1432 {
1433         pg_data_t *pgdat = data;
1434         int nid = pgdat->node_id;
1435         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1436         unsigned long start = jiffies;
1437         unsigned long nr_pages = 0;
1438         unsigned long walk_start, walk_end;
1439         int i, zid;
1440         struct zone *zone;
1441         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1442         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1443
1444         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1445                 pgdat_init_report_one_done();
1446                 return 0;
1447         }
1448
1449         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1450         if (!cpumask_empty(cpumask))
1451                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1452
1453         /* Sanity check boundaries */
1454         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1455         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1456         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1457
1458         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1459         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1460                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1461                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1462                         break;
1463         }
1464
1465         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1466                 unsigned long pfn, end_pfn;
1467                 struct page *page = NULL;
1468                 struct page *free_base_page = NULL;
1469                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1470                 int nr_to_free = 0;
1471
1472                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1473                 pfn = first_init_pfn;
1474                 if (pfn < walk_start)
1475                         pfn = walk_start;
1476                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1477                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1478
1479                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1480                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1481                                 goto free_range;
1482
1483                         /*
1484                          * Ensure pfn_valid is checked every
1485                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1486                          */
1487                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1488                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1489                                         page = NULL;
1490                                         goto free_range;
1491                                 }
1492                         }
1493
1494                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1495                                 page = NULL;
1496                                 goto free_range;
1497                         }
1498
1499                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1500                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1501                                 page++;
1502                         } else {
1503                                 nr_pages += nr_to_free;
1504                                 deferred_free_range(free_base_page,
1505                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1506                                 free_base_page = NULL;
1507                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1508
1509                                 page = pfn_to_page(pfn);
1510                                 cond_resched();
1511                         }
1512
1513                         if (page->flags) {
1514                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1515                                 goto free_range;
1516                         }
1517
1518                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1519                         if (!free_base_page) {
1520                                 free_base_page = page;
1521                                 free_base_pfn = pfn;
1522                                 nr_to_free = 0;
1523                         }
1524                         nr_to_free++;
1525
1526                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1527                         continue;
1528 free_range:
1529                         /* Free the current block of pages to allocator */
1530                         nr_pages += nr_to_free;
1531                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1532                                                                 nr_to_free);
1533                         free_base_page = NULL;
1534                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1535                 }
1536
1537                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1538         }
1539
1540         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1541         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1542
1543         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1544                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1545
1546         pgdat_init_report_one_done();
1547         return 0;
1548 }
1549 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1550
1551 void __init page_alloc_init_late(void)
1552 {
1553         struct zone *zone;
1554
1555 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1556         int nid;
1557
1558         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1559         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1560         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1561                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1562         }
1563
1564         /* Block until all are initialised */
1565         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1566
1567         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1568         files_maxfiles_init();
1569 #endif
1570
1571         for_each_populated_zone(zone)
1572                 set_zone_contiguous(zone);
1573 }
1574
1575 #ifdef CONFIG_CMA
1576 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1577 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1578 {
1579         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1580         struct page *p = page;
1581
1582         do {
1583                 __ClearPageReserved(p);
1584                 set_page_count(p, 0);
1585         } while (++p, --i);
1586
1587         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1588
1589         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1590                 i = pageblock_nr_pages;
1591                 p = page;
1592                 do {
1593                         set_page_refcounted(p);
1594                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1595                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1596                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1597         } else {
1598                 set_page_refcounted(page);
1599                 __free_pages(page, pageblock_order);
1600         }
1601
1602         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1603 }
1604 #endif
1605
1606 /*
1607  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1608  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1609  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1610  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1611  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1612  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1613  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1614  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1615  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1616  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1617  *
1618  * -- nyc
1619  */
1620 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1621         int low, int high, struct free_area *area,
1622         int migratetype)
1623 {
1624         unsigned long size = 1 << high;
1625
1626         while (high > low) {
1627                 area--;
1628                 high--;
1629                 size >>= 1;
1630                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1631
1632                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1633                         debug_guardpage_enabled() &&
1634                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1635                         /*
1636                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1637                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1638                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1639                          * pages will stay not present in virtual address space
1640                          */
1641                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1642                         continue;
1643                 }
1644                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1645                 area->nr_free++;
1646                 set_page_order(&page[size], high);
1647         }
1648 }
1649
1650 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1651 {
1652         const char *bad_reason = NULL;
1653         unsigned long bad_flags = 0;
1654
1655         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1656                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1657         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1658                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1659         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1660                 bad_reason = "nonzero _count";
1661         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1662                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1663                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1664         }
1665         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1666                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1667                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1668         }
1669 #ifdef CONFIG_MEMCG
1670         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1671                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1672 #endif
1673         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1674 }
1675
1676 /*
1677  * This page is about to be returned from the page allocator
1678  */
1679 static inline int check_new_page(struct page *page)
1680 {
1681         if (likely(page_expected_state(page,
1682                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1683                 return 0;
1684
1685         check_new_page_bad(page);
1686         return 1;
1687 }
1688
1689 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1690 {
1691         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1692                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1693 }
1694
1695 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1696 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1697 {
1698         return false;
1699 }
1700
1701 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1702 {
1703         return check_new_page(page);
1704 }
1705 #else
1706 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1707 {
1708         return check_new_page(page);
1709 }
1710 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1711 {
1712         return false;
1713 }
1714 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1715
1716 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1717 {
1718         int i;
1719         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1720                 struct page *p = page + i;
1721
1722                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1723                         return true;
1724         }
1725
1726         return false;
1727 }
1728
1729 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1730                                                         unsigned int alloc_flags)
1731 {
1732         int i;
1733         bool poisoned = true;
1734
1735         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1736                 struct page *p = page + i;
1737                 if (poisoned)
1738                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1739         }
1740
1741         set_page_private(page, 0);
1742         set_page_refcounted(page);
1743
1744         arch_alloc_page(page, order);
1745         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1746         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1747         kasan_alloc_pages(page, order);
1748
1749         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1750                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1751                         clear_highpage(page + i);
1752
1753         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1754                 prep_compound_page(page, order);
1755
1756         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1757
1758         /*
1759          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1760          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1761          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1762          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1763          */
1764         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1765                 set_page_pfmemalloc(page);
1766         else
1767                 clear_page_pfmemalloc(page);
1768 }
1769
1770 /*
1771  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1772  * the smallest available page from the freelists
1773  */
1774 static inline
1775 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1776                                                 int migratetype)
1777 {
1778         unsigned int current_order;
1779         struct free_area *area;
1780         struct page *page;
1781
1782         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1783         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1784                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1785                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1786                                                         struct page, lru);
1787                 if (!page)
1788                         continue;
1789                 list_del(&page->lru);
1790                 rmv_page_order(page);
1791                 area->nr_free--;
1792                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1793                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1794                 return page;
1795         }
1796
1797         return NULL;
1798 }
1799
1800
1801 /*
1802  * This array describes the order lists are fallen back to when
1803  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1804  */
1805 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1806         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1807         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1808         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1809 #ifdef CONFIG_CMA
1810         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1811 #endif
1812 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1813         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1814 #endif
1815 };
1816
1817 #ifdef CONFIG_CMA
1818 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1819                                         unsigned int order)
1820 {
1821         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1822 }
1823 #else
1824 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1825                                         unsigned int order) { return NULL; }
1826 #endif
1827
1828 /*
1829  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1830  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1831  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1832  */
1833 int move_freepages(struct zone *zone,
1834                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1835                           int migratetype)
1836 {
1837         struct page *page;
1838         unsigned int order;
1839         int pages_moved = 0;
1840
1841 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1842         /*
1843          * page_zone is not safe to call in this context when
1844          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1845          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1846          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1847          * grouping pages by mobility
1848          */
1849         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1850 #endif
1851
1852         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1853                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1854                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1855
1856                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1857                         page++;
1858                         continue;
1859                 }
1860
1861                 if (!PageBuddy(page)) {
1862                         page++;
1863                         continue;
1864                 }
1865
1866                 order = page_order(page);
1867                 list_move(&page->lru,
1868                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1869                 page += 1 << order;
1870                 pages_moved += 1 << order;
1871         }
1872
1873         return pages_moved;
1874 }
1875
1876 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1877                                 int migratetype)
1878 {
1879         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1880         struct page *start_page, *end_page;
1881
1882         start_pfn = page_to_pfn(page);
1883         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1884         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1885         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1886         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1887
1888         /* Do not cross zone boundaries */
1889         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1890                 start_page = page;
1891         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1892                 return 0;
1893
1894         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1895 }
1896
1897 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1898                                         int start_order, int migratetype)
1899 {
1900         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1901
1902         while (nr_pageblocks--) {
1903                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1904                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1905         }
1906 }
1907
1908 /*
1909  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1910  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1911  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1912  *
1913  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1914  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1915  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1916  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1917  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1918  * pageblocks.
1919  */
1920 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1921 {
1922         /*
1923          * Leaving this order check is intended, although there is
1924          * relaxed order check in next check. The reason is that
1925          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1926          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1927          * so could be changed anytime.
1928          */
1929         if (order >= pageblock_order)
1930                 return true;
1931
1932         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1933                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1934                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1935                 page_group_by_mobility_disabled)
1936                 return true;
1937
1938         return false;
1939 }
1940
1941 /*
1942  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1943  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1944  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1945  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1946  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1947  */
1948 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1949                                                           int start_type)
1950 {
1951         unsigned int current_order = page_order(page);
1952         int pages;
1953
1954         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1955         if (current_order >= pageblock_order) {
1956                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1957                 return;
1958         }
1959
1960         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1961
1962         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1963         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1964                         page_group_by_mobility_disabled)
1965                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1966 }
1967
1968 /*
1969  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1970  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1971  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1972  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1973  */
1974 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1975                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1976 {
1977         int i;
1978         int fallback_mt;
1979
1980         if (area->nr_free == 0)
1981                 return -1;
1982
1983         *can_steal = false;
1984         for (i = 0;; i++) {
1985                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1986                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1987                         break;
1988
1989                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1990                         continue;
1991
1992                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1993                         *can_steal = true;
1994
1995                 if (!only_stealable)
1996                         return fallback_mt;
1997
1998                 if (*can_steal)
1999                         return fallback_mt;
2000         }
2001
2002         return -1;
2003 }
2004
2005 /*
2006  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2007  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2008  */
2009 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2010                                 unsigned int alloc_order)
2011 {
2012         int mt;
2013         unsigned long max_managed, flags;
2014
2015         /*
2016          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2017          * Check is race-prone but harmless.
2018          */
2019         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2020         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2021                 return;
2022
2023         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2024
2025         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2026         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2027                 goto out_unlock;
2028
2029         /* Yoink! */
2030         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2031         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2032                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2033                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2034                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2035                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2036         }
2037
2038 out_unlock:
2039         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2040 }
2041
2042 /*
2043  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2044  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2045  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2046  * to recover from than an OOM.
2047  */
2048 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
2049 {
2050         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2051         unsigned long flags;
2052         struct zoneref *z;
2053         struct zone *zone;
2054         struct page *page;
2055         int order;
2056
2057         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2058                                                                 ac->nodemask) {
2059                 /* Preserve at least one pageblock */
2060                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
2061                         continue;
2062
2063                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2064                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2065                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2066
2067                         page = list_first_entry_or_null(
2068                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2069                                         struct page, lru);
2070                         if (!page)
2071                                 continue;
2072
2073                         /*
2074                          * It should never happen but changes to locking could
2075                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
2076                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
2077                          * and watch for underflows.
2078                          */
2079                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
2080                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2081
2082                         /*
2083                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2084                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2085                          * is doing the work and needs the pages. More
2086                          * importantly, if the block was always converted to
2087                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2088                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2089                          * may increase.
2090                          */
2091                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2092                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2093                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2094                         return;
2095                 }
2096                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2097         }
2098 }
2099
2100 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2101 static inline struct page *
2102 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2103 {
2104         struct free_area *area;
2105         unsigned int current_order;
2106         struct page *page;
2107         int fallback_mt;
2108         bool can_steal;
2109
2110         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2111         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2112                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2113                                 --current_order) {
2114                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2115                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2116                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2117                 if (fallback_mt == -1)
2118                         continue;
2119
2120                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2121                                                 struct page, lru);
2122                 if (can_steal)
2123                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2124
2125                 /* Remove the page from the freelists */
2126                 area->nr_free--;
2127                 list_del(&page->lru);
2128                 rmv_page_order(page);
2129
2130                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2131                                         start_migratetype);
2132                 /*
2133                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2134                  * migratetype depending on the decisions in
2135                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2136                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2137                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2138                  */
2139                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2140
2141                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2142                         start_migratetype, fallback_mt);
2143
2144                 return page;
2145         }
2146
2147         return NULL;
2148 }
2149
2150 /*
2151  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2152  * Call me with the zone->lock already held.
2153  */
2154 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2155                                 int migratetype)
2156 {
2157         struct page *page;
2158
2159         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2160         if (unlikely(!page)) {
2161                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2162                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2163
2164                 if (!page)
2165                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2166         }
2167
2168         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2169         return page;
2170 }
2171
2172 /*
2173  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2174  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2175  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2176  */
2177 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2178                         unsigned long count, struct list_head *list,
2179                         int migratetype, bool cold)
2180 {
2181         int i;
2182
2183         spin_lock(&zone->lock);
2184         for (i = 0; i < count; ++i) {
2185                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2186                 if (unlikely(page == NULL))
2187                         break;
2188
2189                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2190                         continue;
2191
2192                 /*
2193                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2194                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2195                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2196                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2197                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2198                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2199                  * properly.
2200                  */
2201                 if (likely(!cold))
2202                         list_add(&page->lru, list);
2203                 else
2204                         list_add_tail(&page->lru, list);
2205                 list = &page->lru;
2206                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2207                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2208                                               -(1 << order));
2209         }
2210         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2211         spin_unlock(&zone->lock);
2212         return i;
2213 }
2214
2215 #ifdef CONFIG_NUMA
2216 /*
2217  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2218  * currently executing processor on remote nodes after they have
2219  * expired.
2220  *
2221  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2222  * a single processor.
2223  */
2224 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2225 {
2226         unsigned long flags;
2227         int to_drain, batch;
2228
2229         local_irq_save(flags);
2230         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2231         to_drain = min(pcp->count, batch);
2232         if (to_drain > 0) {
2233                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2234                 pcp->count -= to_drain;
2235         }
2236         local_irq_restore(flags);
2237 }
2238 #endif
2239
2240 /*
2241  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2242  *
2243  * The processor must either be the current processor and the
2244  * thread pinned to the current processor or a processor that
2245  * is not online.
2246  */
2247 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2248 {
2249         unsigned long flags;
2250         struct per_cpu_pageset *pset;
2251         struct per_cpu_pages *pcp;
2252
2253         local_irq_save(flags);
2254         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2255
2256         pcp = &pset->pcp;
2257         if (pcp->count) {
2258                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2259                 pcp->count = 0;
2260         }
2261         local_irq_restore(flags);
2262 }
2263
2264 /*
2265  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2266  *
2267  * The processor must either be the current processor and the
2268  * thread pinned to the current processor or a processor that
2269  * is not online.
2270  */
2271 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2272 {
2273         struct zone *zone;
2274
2275         for_each_populated_zone(zone) {
2276                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2277         }
2278 }
2279
2280 /*
2281  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2282  *
2283  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2284  * the single zone's pages.
2285  */
2286 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2287 {
2288         int cpu = smp_processor_id();
2289
2290         if (zone)
2291                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2292         else
2293                 drain_pages(cpu);
2294 }
2295
2296 /*
2297  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2298  *
2299  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2300  *
2301  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2302  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2303  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2304  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2305  * before the call to on_each_cpu_mask().
2306  */
2307 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2308 {
2309         int cpu;
2310
2311         /*
2312          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2313          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2314          */
2315         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2316
2317         /*
2318          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2319          * as offline notification will cause the notified
2320          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2321          * disables preemption as part of its processing
2322          */
2323         for_each_online_cpu(cpu) {
2324                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2325                 struct zone *z;
2326                 bool has_pcps = false;
2327
2328                 if (zone) {
2329                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2330                         if (pcp->pcp.count)
2331                                 has_pcps = true;
2332                 } else {
2333                         for_each_populated_zone(z) {
2334                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2335                                 if (pcp->pcp.count) {
2336                                         has_pcps = true;
2337                                         break;
2338                                 }
2339                         }
2340                 }
2341
2342                 if (has_pcps)
2343                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2344                 else
2345                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2346         }
2347         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2348                                                                 zone, 1);
2349 }
2350
2351 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2352
2353 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2354 {
2355         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2356         unsigned long flags;
2357         unsigned int order, t;
2358         struct page *page;
2359
2360         if (zone_is_empty(zone))
2361                 return;
2362
2363         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2364
2365         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2366         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2367                 if (pfn_valid(pfn)) {
2368                         page = pfn_to_page(pfn);
2369
2370                         if (page_zone(page) != zone)
2371                                 continue;
2372
2373                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2374                                 swsusp_unset_page_free(page);
2375                 }
2376
2377         for_each_migratetype_order(order, t) {
2378                 list_for_each_entry(page,
2379                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2380                         unsigned long i;
2381
2382                         pfn = page_to_pfn(page);
2383                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2384                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2385                 }
2386         }
2387         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2388 }
2389 #endif /* CONFIG_PM */
2390
2391 /*
2392  * Free a 0-order page
2393  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2394  */
2395 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2396 {
2397         struct zone *zone = page_zone(page);
2398         struct per_cpu_pages *pcp;
2399         unsigned long flags;
2400         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2401         int migratetype;
2402
2403         if (!free_pcp_prepare(page))
2404                 return;
2405
2406         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2407         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2408         local_irq_save(flags);
2409         __count_vm_event(PGFREE);
2410
2411         /*
2412          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2413          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2414          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2415          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2416          * excessively into the page allocator
2417          */
2418         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2419                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2420                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2421                         goto out;
2422                 }
2423                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2424         }
2425
2426         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2427         if (!cold)
2428                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2429         else
2430                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2431         pcp->count++;
2432         if (pcp->count >= pcp->high) {
2433                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2434                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2435                 pcp->count -= batch;
2436         }
2437
2438 out:
2439         local_irq_restore(flags);
2440 }
2441
2442 /*
2443  * Free a list of 0-order pages
2444  */
2445 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2446 {
2447         struct page *page, *next;
2448
2449         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2450                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2451                 free_hot_cold_page(page, cold);
2452         }
2453 }
2454
2455 /*
2456  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2457  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2458  * Each sub-page must be freed individually.
2459  *
2460  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2461  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2462  */
2463 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2464 {
2465         int i;
2466         gfp_t gfp_mask;
2467
2468         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2469         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2470
2471 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2472         /*
2473          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2474          * otherwise free the whole shadow.
2475          */
2476         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2477                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2478 #endif
2479
2480         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2481         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2482         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2483                 set_page_refcounted(page + i);
2484                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2485         }
2486 }
2487 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2488
2489 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2490 {
2491         unsigned long watermark;
2492         struct zone *zone;
2493         int mt;
2494
2495         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2496
2497         zone = page_zone(page);
2498         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2499
2500         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2501                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2502                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2503                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2504                         return 0;
2505
2506                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2507         }
2508
2509         /* Remove page from free list */
2510         list_del(&page->lru);
2511         zone->free_area[order].nr_free--;
2512         rmv_page_order(page);
2513
2514         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2515
2516         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2517         if (order >= pageblock_order - 1) {
2518                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2519                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2520                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2521                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2522                                 set_pageblock_migratetype(page,
2523                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2524                 }
2525         }
2526
2527
2528         return 1UL << order;
2529 }
2530
2531 /*
2532  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2533  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2534  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2535  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2536  * are enabled.
2537  *
2538  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2539  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2540  */
2541 int split_free_page(struct page *page)
2542 {
2543         unsigned int order;
2544         int nr_pages;
2545
2546         order = page_order(page);
2547
2548         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2549         if (!nr_pages)
2550                 return 0;
2551
2552         /* Split into individual pages */
2553         set_page_refcounted(page);
2554         split_page(page, order);
2555         return nr_pages;
2556 }
2557
2558 /*
2559  * Update NUMA hit/miss statistics
2560  *
2561  * Must be called with interrupts disabled.
2562  *
2563  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2564  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2565  * memory on behalf of other processes.
2566  */
2567 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2568                                                                 gfp_t flags)
2569 {
2570 #ifdef CONFIG_NUMA
2571         int local_nid = numa_node_id();
2572         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2573
2574         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2575                 local_stat = NUMA_OTHER;
2576                 local_nid = preferred_zone->node;
2577         }
2578
2579         if (z->node == local_nid) {
2580                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2581                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2582         } else {
2583                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2584                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2585         }
2586 #endif
2587 }
2588
2589 /*
2590  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2591  */
2592 static inline
2593 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2594                         struct zone *zone, unsigned int order,
2595                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2596                         int migratetype)
2597 {
2598         unsigned long flags;
2599         struct page *page;
2600         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2601
2602         if (likely(order == 0)) {
2603                 struct per_cpu_pages *pcp;
2604                 struct list_head *list;
2605
2606                 local_irq_save(flags);
2607                 do {
2608                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2609                         list = &pcp->lists[migratetype];
2610                         if (list_empty(list)) {
2611                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2612                                                 pcp->batch, list,
2613                                                 migratetype, cold);
2614                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2615                                         goto failed;
2616                         }
2617
2618                         if (cold)
2619                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2620                         else
2621                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2622                 } while (page && check_new_pcp(page));
2623
2624                 __dec_zone_state(zone, NR_ALLOC_BATCH);
2625                 list_del(&page->lru);
2626                 pcp->count--;
2627         } else {
2628                 /*
2629                  * We most definitely don't want callers attempting to
2630                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2631                  */
2632                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2633                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2634
2635                 do {
2636                         page = NULL;
2637                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2638                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2639                                 if (page)
2640                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2641                         }
2642                         if (!page)
2643                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2644                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2645                 spin_unlock(&zone->lock);
2646                 if (!page)
2647                         goto failed;
2648                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2649                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2650                                           get_pcppage_migratetype(page));
2651         }
2652
2653         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2654             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2655                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2656
2657         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2658         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2659         local_irq_restore(flags);
2660
2661         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2662         return page;
2663
2664 failed:
2665         local_irq_restore(flags);
2666         return NULL;
2667 }
2668
2669 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2670
2671 static struct {
2672         struct fault_attr attr;
2673
2674         bool ignore_gfp_highmem;
2675         bool ignore_gfp_reclaim;
2676         u32 min_order;
2677 } fail_page_alloc = {
2678         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2679         .ignore_gfp_reclaim = true,
2680         .ignore_gfp_highmem = true,
2681         .min_order = 1,
2682 };
2683
2684 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2685 {
2686         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2687 }
2688 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2689
2690 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2691 {
2692         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2693                 return false;
2694         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2695                 return false;
2696         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2697                 return false;
2698         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2699                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2700                 return false;
2701
2702         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2703 }
2704
2705 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2706
2707 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2708 {
2709         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2710         struct dentry *dir;
2711
2712         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2713                                         &fail_page_alloc.attr);
2714         if (IS_ERR(dir))
2715                 return PTR_ERR(dir);
2716
2717         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2718                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2719                 goto fail;
2720         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2721                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2722                 goto fail;
2723         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2724                                 &fail_page_alloc.min_order))
2725                 goto fail;
2726
2727         return 0;
2728 fail:
2729         debugfs_remove_recursive(dir);
2730
2731         return -ENOMEM;
2732 }
2733
2734 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2735
2736 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2737
2738 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2739
2740 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2741 {
2742         return false;
2743 }
2744
2745 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2746
2747 /*
2748  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2749  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2750  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2751  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2752  */
2753 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2754                         unsigned long mark, int classzone_idx,
2755                         unsigned int alloc_flags,
2756                         long free_pages)
2757 {
2758         long min = mark;
2759         int o;
2760         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2761
2762         /* free_pages may go negative - that's OK */
2763         free_pages -= (1 << order) - 1;
2764
2765         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2766                 min -= min / 2;
2767
2768         /*
2769          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2770          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2771          * atomic reserve but it avoids a search.
2772          */
2773         if (likely(!alloc_harder))
2774                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2775         else
2776                 min -= min / 4;
2777
2778 #ifdef CONFIG_CMA
2779         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2780         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2781                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2782 #endif
2783
2784         /*
2785          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2786          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2787          * even if a suitable page happened to be free.
2788          */
2789         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2790                 return false;
2791
2792         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2793         if (!order)
2794                 return true;
2795
2796         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2797         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2798                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2799                 int mt;
2800
2801                 if (!area->nr_free)
2802                         continue;
2803
2804                 if (alloc_harder)
2805                         return true;
2806
2807                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2808                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2809                                 return true;
2810                 }
2811
2812 #ifdef CONFIG_CMA
2813                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2814                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2815                         return true;
2816                 }
2817 #endif
2818         }
2819         return false;
2820 }
2821
2822 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2823                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2824 {
2825         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2826                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2827 }
2828
2829 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2830                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2831 {
2832         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2833         long cma_pages = 0;
2834
2835 #ifdef CONFIG_CMA
2836         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2837         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2838                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2839 #endif
2840
2841         /*
2842          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2843          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2844          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2845          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2846          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2847          */
2848         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2849                 return true;
2850
2851         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2852                                         free_pages);
2853 }
2854
2855 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2856                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2857 {
2858         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2859
2860         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2861                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2862
2863         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2864                                                                 free_pages);
2865 }
2866
2867 #ifdef CONFIG_NUMA
2868 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2869 {
2870         return local_zone->node == zone->node;
2871 }
2872
2873 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2874 {
2875         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2876                                 RECLAIM_DISTANCE;
2877 }
2878 #else   /* CONFIG_NUMA */
2879 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2880 {
2881         return true;
2882 }
2883
2884 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2885 {
2886         return true;
2887 }
2888 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2889
2890 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2891 {
2892         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2893
2894         do {
2895                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2896                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2897                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2898                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2899         } while (zone++ != preferred_zone);
2900 }
2901
2902 /*
2903  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2904  * a page.
2905  */
2906 static struct page *
2907 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2908                                                 const struct alloc_context *ac)
2909 {
2910         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2911         struct zone *zone;
2912         bool fair_skipped = false;
2913         bool apply_fair = (alloc_flags & ALLOC_FAIR);
2914
2915 zonelist_scan:
2916         /*
2917          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2918          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2919          */
2920         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2921                                                                 ac->nodemask) {
2922                 struct page *page;
2923                 unsigned long mark;
2924
2925                 if (cpusets_enabled() &&
2926                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2927                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2928                                 continue;
2929                 /*
2930                  * Distribute pages in proportion to the individual
2931                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2932                  * page was allocated in should have no effect on the
2933                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2934                  */
2935                 if (apply_fair) {
2936                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2937                                 fair_skipped = true;
2938                                 continue;
2939                         }
2940                         if (!zone_local(ac->preferred_zoneref->zone, zone)) {
2941                                 if (fair_skipped)
2942                                         goto reset_fair;
2943                                 apply_fair = false;
2944                         }
2945                 }
2946                 /*
2947                  * When allocating a page cache page for writing, we
2948                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2949                  * limit, such that no single zone holds more than its
2950                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2951                  * The dirty limits take into account the zone's
2952                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2953                  * should be able to balance it without having to
2954                  * write pages from its LRU list.
2955                  *
2956                  * This may look like it could increase pressure on
2957                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2958                  * before they are full.  But the pages that do spill
2959                  * over are limited as the lower zones are protected
2960                  * by this very same mechanism.  It should not become
2961                  * a practical burden to them.
2962                  *
2963                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2964                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2965                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2966                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2967                  * zones are together not big enough to reach the
2968                  * global limit.  The proper fix for these situations
2969                  * will require awareness of zones in the
2970                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2971                  */
2972                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2973                         continue;
2974
2975                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2976                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2977                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2978                         int ret;
2979
2980                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2981                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2982                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2983                                 goto try_this_zone;
2984
2985                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2986                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2987                                 continue;
2988
2989                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2990                         switch (ret) {
2991                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2992                                 /* did not scan */
2993                                 continue;
2994                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2995                                 /* scanned but unreclaimable */
2996                                 continue;
2997                         default:
2998                                 /* did we reclaim enough */
2999                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3000                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3001                                         goto try_this_zone;
3002
3003                                 continue;
3004                         }
3005                 }
3006
3007 try_this_zone:
3008                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3009                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3010                 if (page) {
3011                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3012
3013                         /*
3014                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3015                          * if the pageblock should be reserved for the future
3016                          */
3017                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3018                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3019
3020                         return page;
3021                 }
3022         }
3023
3024         /*
3025          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
3026          * local node.  However, the local node might have free pages left
3027          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
3028          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
3029          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
3030          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
3031          */
3032         if (fair_skipped) {
3033 reset_fair:
3034                 apply_fair = false;
3035                 fair_skipped = false;
3036                 reset_alloc_batches(ac->preferred_zoneref->zone);
3037                 goto zonelist_scan;
3038         }
3039
3040         return NULL;
3041 }
3042
3043 /*
3044  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3045  * meminfo in irq context.
3046  */
3047 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3048 {
3049         bool ret = false;
3050
3051 #if NODES_SHIFT > 8
3052         ret = in_interrupt();
3053 #endif
3054         return ret;
3055 }
3056
3057 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3058                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3059                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3060
3061 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
3062 {
3063         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3064
3065         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3066             debug_guardpage_minorder() > 0)
3067                 return;
3068
3069         /*
3070          * This documents exceptions given to allocations in certain
3071          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3072          * of allowed nodes.
3073          */
3074         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3075                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3076                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3077                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3078         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3079                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3080
3081         if (fmt) {
3082                 struct va_format vaf;
3083                 va_list args;
3084
3085                 va_start(args, fmt);
3086
3087                 vaf.fmt = fmt;
3088                 vaf.va = &args;
3089
3090                 pr_warn("%pV", &vaf);
3091
3092                 va_end(args);
3093         }
3094
3095         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:%#x(%pGg)\n",
3096                 current->comm, order, gfp_mask, &gfp_mask);
3097         dump_stack();
3098         if (!should_suppress_show_mem())
3099                 show_mem(filter);
3100 }
3101
3102 static inline struct page *
3103 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3104         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3105 {
3106         struct oom_control oc = {
3107                 .zonelist = ac->zonelist,
3108                 .nodemask = ac->nodemask,
3109                 .gfp_mask = gfp_mask,
3110                 .order = order,
3111         };
3112         struct page *page;
3113
3114         *did_some_progress = 0;
3115
3116         /*
3117          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3118          * making progress for us.
3119          */
3120         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3121                 *did_some_progress = 1;
3122                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3123                 return NULL;
3124         }
3125
3126         /*
3127          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3128          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3129          * we're still under heavy pressure.
3130          */
3131         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3132                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3133         if (page)
3134                 goto out;
3135
3136         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3137                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3138                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3139                         goto out;
3140                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3141                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3142                         goto out;
3143                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3144                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3145                         goto out;
3146                 if (pm_suspended_storage())
3147                         goto out;
3148                 /*
3149                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3150                  * other request to make a forward progress.
3151                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3152                  * do much for this context but let's try it to at least get
3153                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3154                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3155                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3156                  */
3157
3158                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3159                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3160                         goto out;
3161         }
3162         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3163         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3164                 *did_some_progress = 1;
3165
3166                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3167                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3168                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3169                         /*
3170                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3171                          * are depleted
3172                          */
3173                         if (!page)
3174                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3175                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3176                 }
3177         }
3178 out:
3179         mutex_unlock(&oom_lock);
3180         return page;
3181 }
3182
3183
3184 /*
3185  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3186  * killer is consider as the only way to move forward.
3187  */
3188 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3189
3190 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3191 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3192 static struct page *
3193 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3194                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3195                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3196 {
3197         struct page *page;
3198         int contended_compaction;
3199
3200         if (!order)
3201                 return NULL;
3202
3203         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3204         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3205                                                 mode, &contended_compaction);
3206         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3207
3208         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3209                 return NULL;
3210
3211         /*
3212          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3213          * count a compaction stall
3214          */
3215         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3216
3217         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3218                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3219
3220         if (page) {
3221                 struct zone *zone = page_zone(page);
3222
3223                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3224                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3225                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3226                 return page;
3227         }
3228
3229         /*
3230          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3231          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3232          */
3233         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3234
3235         /*
3236          * In all zones where compaction was attempted (and not
3237          * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3238          * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3239          * so we fallback to base pages instead.
3240          */
3241         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3242                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3243
3244         /*
3245          * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3246          * want to further increase allocation latency, unless it is
3247          * khugepaged trying to collapse.
3248          */
3249         if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3250                 && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3251                 *compact_result = COMPACT_CONTENDED;
3252
3253         cond_resched();
3254
3255         return NULL;
3256 }
3257
3258 static inline bool
3259 should_compact_retry(unsigned int order, enum compact_result compact_result,
3260                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3261                      int compaction_retries)
3262 {
3263         if (!order)
3264                 return false;
3265
3266         /*
3267          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3268          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3269          * failure could be caused by weak migration mode.
3270          */
3271         if (compaction_failed(compact_result)) {
3272                 if (*migrate_mode == MIGRATE_ASYNC) {
3273                         *migrate_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3274                         return true;
3275                 }
3276                 return false;
3277         }
3278
3279         /*
3280          * !costly allocations are really important and we have to make sure
3281          * the compaction wasn't deferred or didn't bail out early due to locks
3282          * contention before we go OOM. Still cap the reclaim retry loops with
3283          * progress to prevent from looping forever and potential trashing.
3284          */
3285         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
3286                 if (compaction_withdrawn(compact_result))
3287                         return true;
3288                 if (compaction_retries <= MAX_COMPACT_RETRIES)
3289                         return true;
3290         }
3291
3292         return false;
3293 }
3294 #else
3295 static inline struct page *
3296 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3297                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3298                 enum migrate_mode mode, enum compact_result *compact_result)
3299 {
3300         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3301         return NULL;
3302 }
3303
3304 static inline bool
3305 should_compact_retry(unsigned int order, enum compact_result compact_result,
3306                      enum migrate_mode *migrate_mode,
3307                      int compaction_retries)
3308 {
3309         return false;
3310 }
3311 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3312
3313 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3314 static int
3315 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3316                                         const struct alloc_context *ac)
3317 {
3318         struct reclaim_state reclaim_state;
3319         int progress;
3320
3321         cond_resched();
3322
3323         /* We now go into synchronous reclaim */
3324         cpuset_memory_pressure_bump();
3325         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3326         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3327         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3328         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3329
3330         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3331                                                                 ac->nodemask);
3332
3333         current->reclaim_state = NULL;
3334         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3335         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3336
3337         cond_resched();
3338
3339         return progress;
3340 }
3341
3342 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3343 static inline struct page *
3344 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3345                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3346                 unsigned long *did_some_progress)
3347 {
3348         struct page *page = NULL;
3349         bool drained = false;
3350
3351         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3352         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3353                 return NULL;
3354
3355 retry:
3356         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3357                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3358
3359         /*
3360          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3361          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3362          * Shrink them them and try again
3363          */
3364         if (!page && !drained) {
3365                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
3366                 drain_all_pages(NULL);
3367                 drained = true;
3368                 goto retry;
3369         }
3370
3371         return page;
3372 }
3373
3374 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3375 {
3376         struct zoneref *z;
3377         struct zone *zone;
3378
3379         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3380                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
3381                 wakeup_kswapd(zone, order, ac_classzone_idx(ac));
3382 }
3383
3384 static inline unsigned int
3385 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3386 {
3387         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3388
3389         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3390         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3391
3392         /*
3393          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3394          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3395          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3396          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3397          */
3398         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3399
3400         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3401                 /*
3402                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3403                  * if it can't schedule.
3404                  */
3405                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3406                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3407                 /*
3408                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3409                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3410                  */
3411                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3412         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3413                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3414
3415         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3416                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3417                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3418                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3419                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3420                 else if (!in_interrupt() &&
3421                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3422                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3423                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3424         }
3425 #ifdef CONFIG_CMA
3426         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3427                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3428 #endif
3429         return alloc_flags;
3430 }
3431
3432 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3433 {
3434         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3435 }
3436
3437 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3438 {
3439         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3440 }
3441
3442 /*
3443  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3444  * is consider as the only way to move forward.
3445  */
3446 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3447
3448 /*
3449  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3450  * for the given allocation request.
3451  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3452  * the last reclaim round), pages_reclaimed (cumulative number of reclaimed
3453  * pages) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without any progress
3454  * in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the applicable
3455  * zone list (with a backoff mechanism which is a function of no_progress_loops).
3456  *
3457  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3458  */
3459 static inline bool
3460 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3461                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3462                      bool did_some_progress, unsigned long pages_reclaimed,
3463                      int no_progress_loops)
3464 {
3465         struct zone *zone;
3466         struct zoneref *z;
3467
3468         /*
3469          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3470          * several times in the row.
3471          */
3472         if (no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3473                 return false;
3474
3475         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
3476                 if (pages_reclaimed >= (1<<order))
3477                         return false;
3478
3479                 if (did_some_progress)
3480                         return true;
3481         }
3482
3483         /*
3484          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead somewhere.
3485          * If none of the target zones can satisfy our allocation request even
3486          * if all reclaimable pages are considered then we are screwed and have
3487          * to go OOM.
3488          */
3489         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3490                                         ac->nodemask) {
3491                 unsigned long available;
3492                 unsigned long reclaimable;
3493
3494                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3495                 available -= DIV_ROUND_UP(no_progress_loops * available,
3496                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3497                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3498
3499                 /*
3500                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3501                  * available?
3502                  */
3503                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3504                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3505                         /*
3506                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3507                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3508                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3509                          * prevent from pre mature OOM
3510                          */
3511                         if (!did_some_progress) {
3512                                 unsigned long writeback;
3513                                 unsigned long dirty;
3514
3515                                 writeback = zone_page_state_snapshot(zone,
3516                                                                      NR_WRITEBACK);
3517                                 dirty = zone_page_state_snapshot(zone, NR_FILE_DIRTY);
3518
3519                                 if (2*(writeback + dirty) > reclaimable) {
3520                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3521                                         return true;
3522                                 }
3523                         }
3524
3525                         /*
3526                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3527                          * context and the current implementation of the WQ
3528                          * concurrency control doesn't recognize that
3529                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3530                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3531                          * do a short sleep here rather than calling
3532                          * cond_resched().
3533                          */
3534                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3535                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3536                         else
3537                                 cond_resched();
3538
3539                         return true;
3540                 }
3541         }
3542
3543         return false;
3544 }
3545
3546 static inline struct page *
3547 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3548                                                 struct alloc_context *ac)
3549 {
3550         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3551         struct page *page = NULL;
3552         unsigned int alloc_flags;
3553         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3554         unsigned long did_some_progress;
3555         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3556         enum compact_result compact_result;
3557         int compaction_retries = 0;
3558         int no_progress_loops = 0;
3559
3560         /*
3561          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3562          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3563          * be using allocators in order of preference for an area that is
3564          * too large.
3565          */
3566         if (order >= MAX_ORDER) {
3567                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3568                 return NULL;
3569         }
3570
3571         /*
3572          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3573          * callers that are not in atomic context.
3574          */
3575         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3576                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3577                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3578
3579 retry:
3580         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3581                 wake_all_kswapds(order, ac);
3582
3583         /*
3584          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3585          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3586          * to how we want to proceed.
3587          */
3588         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3589
3590         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3591         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3592                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3593         if (page)
3594                 goto got_pg;
3595
3596         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3597         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3598                 /*
3599                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3600                  * the allocation is high priority and these type of
3601                  * allocations are system rather than user orientated
3602                  */
3603                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3604                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3605                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3606                 if (page)
3607                         goto got_pg;
3608         }
3609
3610         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3611         if (!can_direct_reclaim) {
3612                 /*
3613                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3614                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3615                  * to fail.
3616                  */
3617                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3618                 goto nopage;
3619         }
3620
3621         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3622         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3623                 /*
3624                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3625                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3626                  * for somebody to do a work for us.
3627                  */
3628                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3629                         cond_resched();
3630                         goto retry;
3631                 }
3632                 goto nopage;
3633         }
3634
3635         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3636         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3637                 goto nopage;
3638
3639         /*
3640          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3641          * attempts after direct reclaim are synchronous
3642          */
3643         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3644                                         migration_mode,
3645                                         &compact_result);
3646         if (page)
3647                 goto got_pg;
3648
3649         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3650         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3651                 /*
3652                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3653                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3654                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3655                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3656                  * instead of entering direct reclaim.
3657                  */
3658                 if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3659                         goto nopage;
3660
3661                 /*
3662                  * Compaction is contended so rather back off than cause
3663                  * excessive stalls.
3664                  */
3665                 if(compact_result == COMPACT_CONTENDED)
3666                         goto nopage;
3667         }
3668
3669         if (order && compaction_made_progress(compact_result))
3670                 compaction_retries++;
3671
3672         /* Try direct reclaim and then allocating */
3673         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3674                                                         &did_some_progress);
3675         if (page)
3676                 goto got_pg;
3677
3678         /* Do not loop if specifically requested */
3679         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3680                 goto noretry;
3681
3682         /*
3683          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3684          * __GFP_REPEAT
3685          */
3686         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3687                 goto noretry;
3688
3689         if (did_some_progress) {
3690                 no_progress_loops = 0;
3691                 pages_reclaimed += did_some_progress;
3692         } else {
3693                 no_progress_loops++;
3694         }
3695
3696         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3697                                  did_some_progress > 0, pages_reclaimed,
3698                                  no_progress_loops))
3699                 goto retry;
3700
3701         /*
3702          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3703          * reclaim is not able to make any progress because the current
3704          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3705          * of free memory (see __compaction_suitable)
3706          */
3707         if (did_some_progress > 0 &&
3708                         should_compact_retry(order, compact_result,
3709                                 &migration_mode, compaction_retries))
3710                 goto retry;
3711
3712         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3713         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3714         if (page)
3715                 goto got_pg;
3716
3717         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3718         if (did_some_progress) {
3719                 no_progress_loops = 0;
3720                 goto retry;
3721         }
3722
3723 noretry:
3724         /*
3725          * High-order allocations do not necessarily loop after direct reclaim
3726          * and reclaim/compaction depends on compaction being called after
3727          * reclaim so call directly if necessary.
3728          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3729          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3730          * khugepaged trying to collapse. All other requests should tolerate
3731          * at least light sync migration.
3732          */
3733         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask) && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3734                 migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3735         else
3736                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3737         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3738                                             ac, migration_mode,
3739                                             &compact_result);
3740         if (page)
3741                 goto got_pg;
3742 nopage:
3743         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3744 got_pg:
3745         return page;
3746 }
3747
3748 /*
3749  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3750  */
3751 struct page *
3752 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3753                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3754 {
3755         struct page *page;
3756         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3757         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_FAIR;
3758         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3759         struct alloc_context ac = {
3760                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3761                 .zonelist = zonelist,
3762                 .nodemask = nodemask,
3763                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3764         };
3765
3766         if (cpusets_enabled()) {
3767                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3768                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3769                 if (!ac.nodemask)
3770                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3771         }
3772
3773         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3774
3775         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3776
3777         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3778
3779         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3780                 return NULL;
3781
3782         /*
3783          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3784          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3785          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3786          */
3787         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3788                 return NULL;
3789
3790         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3791                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3792
3793 retry_cpuset:
3794         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3795
3796         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3797         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3798
3799         /* The preferred zone is used for statistics later */
3800         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3801                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3802         if (!ac.preferred_zoneref) {
3803                 page = NULL;
3804                 goto no_zone;
3805         }
3806
3807         /* First allocation attempt */
3808         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3809         if (likely(page))
3810                 goto out;
3811
3812         /*
3813          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3814          * because I/O on the device might not complete.
3815          */
3816         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3817         ac.spread_dirty_pages = false;
3818
3819         /*
3820          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3821          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3822          */
3823         if (cpusets_enabled())
3824                 ac.nodemask = nodemask;
3825         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3826
3827 no_zone:
3828         /*
3829          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3830          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3831          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3832          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3833          */
3834         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3835                 alloc_mask = gfp_mask;
3836                 goto retry_cpuset;
3837         }
3838
3839 out:
3840         if (kmemcheck_enabled && page)
3841                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3842
3843         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3844
3845         return page;
3846 }
3847 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3848
3849 /*
3850  * Common helper functions.
3851  */
3852 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3853 {
3854         struct page *page;
3855
3856         /*
3857          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3858          * a highmem page
3859          */
3860         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3861
3862         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3863         if (!page)
3864                 return 0;
3865         return (unsigned long) page_address(page);
3866 }
3867 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3868
3869 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3870 {
3871         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3872 }
3873 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3874
3875 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3876 {
3877         if (put_page_testzero(page)) {
3878                 if (order == 0)
3879                         free_hot_cold_page(page, false);
3880                 else
3881                         __free_pages_ok(page, order);
3882         }
3883 }
3884
3885 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3886
3887 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3888 {
3889         if (addr != 0) {
3890                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3891                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3892         }
3893 }
3894
3895 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3896
3897 /*
3898  * Page Fragment:
3899  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3900  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3901  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3902  *
3903  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3904  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3905  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3906  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3907  */
3908 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3909                                        gfp_t gfp_mask)
3910 {
3911         struct page *page = NULL;
3912         gfp_t gfp = gfp_mask;
3913
3914 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3915         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3916                     __GFP_NOMEMALLOC;
3917         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3918                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3919         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3920 #endif
3921         if (unlikely(!page))
3922                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3923
3924         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3925
3926         return page;
3927 }
3928
3929 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3930                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3931 {
3932         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3933         struct page *page;
3934         int offset;
3935
3936         if (unlikely(!nc->va)) {
3937 refill:
3938                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3939                 if (!page)
3940                         return NULL;
3941
3942 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3943                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3944                 size = nc->size;
3945 #endif
3946                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3947                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3948                  */
3949                 page_ref_add(page, size - 1);
3950
3951                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3952                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3953                 nc->pagecnt_bias = size;
3954                 nc->offset = size;
3955         }
3956
3957         offset = nc->offset - fragsz;
3958         if (unlikely(offset < 0)) {
3959                 page = virt_to_page(nc->va);
3960
3961                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3962                         goto refill;
3963
3964 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3965                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3966                 size = nc->size;
3967 #endif
3968                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3969                 set_page_count(page, size);
3970
3971                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3972                 nc->pagecnt_bias = size;
3973                 offset = size - fragsz;
3974         }
3975
3976         nc->pagecnt_bias--;
3977         nc->offset = offset;
3978
3979         return nc->va + offset;
3980 }
3981 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3982
3983 /*
3984  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3985  */
3986 void __free_page_frag(void *addr)
3987 {
3988         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3989
3990         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3991                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3992 }
3993 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3994
3995 /*
3996  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3997  * of the current memory cgroup if __GFP_ACCOUNT is set, other than that it is
3998  * equivalent to alloc_pages.
3999  *
4000  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
4001  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
4002  */
4003 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4004 {
4005         struct page *page;
4006
4007         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4008         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4009                 __free_pages(page, order);
4010                 page = NULL;
4011         }
4012         return page;
4013 }
4014
4015 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4016 {
4017         struct page *page;
4018
4019         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4020         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
4021                 __free_pages(page, order);
4022                 page = NULL;
4023         }
4024         return page;
4025 }
4026
4027 /*
4028  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
4029  * alloc_kmem_pages.
4030  */
4031 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
4032 {
4033         memcg_kmem_uncharge(page, order);
4034         __free_pages(page, order);
4035 }
4036
4037 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4038 {
4039         if (addr != 0) {
4040                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4041                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4042         }
4043 }
4044
4045 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4046                 size_t size)
4047 {
4048         if (addr) {
4049                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4050                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4051
4052                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4053                 while (used < alloc_end) {
4054                         free_page(used);
4055                         used += PAGE_SIZE;
4056                 }
4057         }
4058         return (void *)addr;
4059 }
4060
4061 /**
4062  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4063  * @size: the number of bytes to allocate
4064  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4065  *
4066  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4067  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4068  * allocate memory in power-of-two pages.
4069  *
4070  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4071  *
4072  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4073  */
4074 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4075 {
4076         unsigned int order = get_order(size);
4077         unsigned long addr;
4078
4079         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4080         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4081 }
4082 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4083
4084 /**
4085  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4086  *                         pages on a node.
4087  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4088  * @size: the number of bytes to allocate
4089  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4090  *
4091  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4092  * back.
4093  */
4094 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4095 {
4096         unsigned int order = get_order(size);
4097         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4098         if (!p)
4099                 return NULL;
4100         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4101 }
4102
4103 /**
4104  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4105  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4106  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4107  *
4108  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4109  */
4110 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4111 {
4112         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4113         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4114
4115         while (addr < end) {
4116                 free_page(addr);
4117                 addr += PAGE_SIZE;
4118         }
4119 }
4120 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4121
4122 /**
4123  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4124  * @offset: The zone index of the highest zone
4125  *
4126  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4127  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4128  * zone, the number of pages is calculated as:
4129  *     managed_pages - high_pages
4130  */
4131 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4132 {
4133         struct zoneref *z;
4134         struct zone *zone;
4135
4136         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4137         unsigned long sum = 0;
4138
4139         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4140
4141         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4142                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4143                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4144                 if (size > high)
4145                         sum += size - high;
4146         }
4147
4148         return sum;
4149 }
4150
4151 /**
4152  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4153  *
4154  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4155  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4156  */
4157 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4158 {
4159         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4160 }
4161 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4162
4163 /**
4164  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4165  *
4166  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4167  * high watermark within all zones.
4168  */
4169 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4170 {
4171         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4172 }
4173
4174 static inline void show_node(struct zone *zone)
4175 {
4176         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4177                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4178 }
4179
4180 long si_mem_available(void)
4181 {
4182         long available;
4183         unsigned long pagecache;
4184         unsigned long wmark_low = 0;
4185         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4186         struct zone *zone;
4187         int lru;
4188
4189         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4190                 pages[lru] = global_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4191
4192         for_each_zone(zone)
4193                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4194
4195         /*
4196          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4197          * without causing swapping.
4198          */
4199         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4200
4201         /*
4202          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4203          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4204          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4205          */
4206         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4207         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4208         available += pagecache;
4209
4210         /*
4211          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4212          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4213          */
4214         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4215                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4216
4217         if (available < 0)
4218                 available = 0;
4219         return available;
4220 }
4221 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4222
4223 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4224 {
4225         val->totalram = totalram_pages;
4226         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
4227         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4228         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4229         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4230         val->freehigh = nr_free_highpages();
4231         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4232 }
4233
4234 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4235
4236 #ifdef CONFIG_NUMA
4237 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4238 {
4239         int zone_type;          /* needs to be signed */
4240         unsigned long managed_pages = 0;
4241         unsigned long managed_highpages = 0;
4242         unsigned long free_highpages = 0;
4243         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4244
4245         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4246                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4247         val->totalram = managed_pages;
4248         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
4249         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4250 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4251         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4252                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4253
4254                 if (is_highmem(zone)) {
4255                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4256                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4257                 }
4258         }
4259         val->totalhigh = managed_highpages;
4260         val->freehigh = free_highpages;
4261 #else
4262         val->totalhigh = managed_highpages;
4263         val->freehigh = free_highpages;
4264 #endif
4265         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4266 }
4267 #endif
4268
4269 /*
4270  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4271  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4272  */
4273 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4274 {
4275         bool ret = false;
4276         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4277
4278         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4279                 goto out;
4280
4281         do {
4282                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4283                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4284         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4285 out:
4286         return ret;
4287 }
4288
4289 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4290
4291 static void show_migration_types(unsigned char type)
4292 {
4293         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4294                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4295                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4296                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4297                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4298 #ifdef CONFIG_CMA
4299                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4300 #endif
4301 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4302                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4303 #endif
4304         };
4305         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4306         char *p = tmp;
4307         int i;
4308
4309         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4310                 if (type & (1 << i))
4311                         *p++ = types[i];
4312         }
4313
4314         *p = '\0';
4315         printk("(%s) ", tmp);
4316 }
4317
4318 /*
4319  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4320  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4321  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4322  *
4323  * Bits in @filter:
4324  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4325  *   cpuset.
4326  */
4327 void show_free_areas(unsigned int filter)
4328 {
4329         unsigned long free_pcp = 0;
4330         int cpu;
4331         struct zone *zone;
4332
4333         for_each_populated_zone(zone) {
4334                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4335                         continue;
4336
4337                 for_each_online_cpu(cpu)
4338                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4339         }
4340
4341         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4342                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4343                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4344                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4345                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4346                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4347                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4348                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4349                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4350                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4351                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4352                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4353                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4354                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4355                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
4356                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4357                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4358                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4359                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4360                 global_page_state(NR_SHMEM),
4361                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4362                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4363                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4364                 free_pcp,
4365                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4366
4367         for_each_populated_zone(zone) {
4368                 int i;
4369
4370                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4371                         continue;
4372
4373                 free_pcp = 0;
4374                 for_each_online_cpu(cpu)
4375                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4376
4377                 show_node(zone);
4378                 printk("%s"
4379                         " free:%lukB"
4380                         " min:%lukB"
4381                         " low:%lukB"
4382                         " high:%lukB"
4383                         " active_anon:%lukB"
4384                         " inactive_anon:%lukB"
4385                         " active_file:%lukB"
4386                         " inactive_file:%lukB"
4387                         " unevictable:%lukB"
4388                         " isolated(anon):%lukB"
4389                         " isolated(file):%lukB"
4390                         " present:%lukB"
4391                         " managed:%lukB"
4392                         " mlocked:%lukB"
4393                         " dirty:%lukB"
4394                         " writeback:%lukB"
4395                         " mapped:%lukB"
4396                         " shmem:%lukB"
4397                         " slab_reclaimable:%lukB"
4398                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4399                         " kernel_stack:%lukB"
4400                         " pagetables:%lukB"
4401                         " unstable:%lukB"
4402                         " bounce:%lukB"
4403                         " free_pcp:%lukB"
4404                         " local_pcp:%ukB"
4405                         " free_cma:%lukB"
4406                         " writeback_tmp:%lukB"
4407                         " pages_scanned:%lu"
4408                         " all_unreclaimable? %s"
4409                         "\n",
4410                         zone->name,
4411                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4412                         K(min_wmark_pages(zone)),
4413                         K(low_wmark_pages(zone)),
4414                         K(high_wmark_pages(zone)),
4415                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
4416                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
4417                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
4418                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
4419                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
4420                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
4421                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
4422                         K(zone->present_pages),
4423                         K(zone->managed_pages),
4424                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4425                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
4426                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
4427                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
4428                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
4429                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4430                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4431                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
4432                                 THREAD_SIZE / 1024,
4433                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4434                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
4435                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4436                         K(free_pcp),
4437                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4438                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
4439                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4440                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
4441                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
4442                         );
4443                 printk("lowmem_reserve[]:");
4444                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4445                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4446                 printk("\n");
4447         }
4448
4449         for_each_populated_zone(zone) {
4450                 unsigned int order;
4451                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4452                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4453
4454                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4455                         continue;
4456                 show_node(zone);
4457                 printk("%s: ", zone->name);
4458
4459                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4460                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4461                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4462                         int type;
4463
4464                         nr[order] = area->nr_free;
4465                         total += nr[order] << order;
4466
4467                         types[order] = 0;
4468                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4469                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4470                                         types[order] |= 1 << type;
4471                         }
4472                 }
4473                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4474                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4475                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
4476                         if (nr[order])
4477                                 show_migration_types(types[order]);
4478                 }
4479                 printk("= %lukB\n", K(total));
4480         }
4481
4482         hugetlb_show_meminfo();
4483
4484         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
4485
4486         show_swap_cache_info();
4487 }
4488
4489 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4490 {
4491         zoneref->zone = zone;
4492         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4493 }
4494
4495 /*
4496  * Builds allocation fallback zone lists.
4497  *
4498  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4499  */
4500 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4501                                 int nr_zones)
4502 {
4503         struct zone *zone;
4504         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4505
4506         do {
4507                 zone_type--;
4508                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4509                 if (populated_zone(zone)) {
4510                         zoneref_set_zone(zone,
4511                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4512                         check_highest_zone(zone_type);
4513                 }
4514         } while (zone_type);
4515
4516         return nr_zones;
4517 }
4518
4519
4520 /*
4521  *  zonelist_order:
4522  *  0 = automatic detection of better ordering.
4523  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4524  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4525  *
4526  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4527  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4528  */
4529 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4530 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4531 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4532
4533 /* zonelist order in the kernel.
4534  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4535  */
4536 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4537 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4538
4539
4540 #ifdef CONFIG_NUMA
4541 /* The value user specified ....changed by config */
4542 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4543 /* string for sysctl */
4544 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4545 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4546
4547 /*
4548  * interface for configure zonelist ordering.
4549  * command line option "numa_zonelist_order"
4550  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4551  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4552  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4553  */
4554
4555 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4556 {
4557         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4558                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4559         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4560                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4561         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4562                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4563         } else {
4564                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4565                 return -EINVAL;
4566         }
4567         return 0;
4568 }
4569
4570 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4571 {
4572         int ret;
4573
4574         if (!s)
4575                 return 0;
4576
4577         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4578         if (ret == 0)
4579                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4580
4581         return ret;
4582 }
4583 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4584
4585 /*
4586  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4587  */
4588 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4589                 void __user *buffer, size_t *length,
4590                 loff_t *ppos)
4591 {
4592         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4593         int ret;
4594         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4595
4596         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4597         if (write) {
4598                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4599                         ret = -EINVAL;
4600                         goto out;
4601                 }
4602                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4603         }
4604         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4605         if (ret)
4606                 goto out;
4607         if (write) {
4608                 int oldval = user_zonelist_order;
4609
4610                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4611                 if (ret) {
4612                         /*
4613                          * bogus value.  restore saved string
4614                          */
4615                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4616                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4617                         user_zonelist_order = oldval;
4618                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4619                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4620                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4621                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4622                 }
4623         }
4624 out:
4625         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4626         return ret;
4627 }
4628
4629
4630 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4631 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4632
4633 /**
4634  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4635  * @node: node whose fallback list we're appending
4636  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4637  *
4638  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4639  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4640  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4641  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4642  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4643  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4644  * on them otherwise.
4645  * It returns -1 if no node is found.
4646  */
4647 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4648 {
4649         int n, val;
4650         int min_val = INT_MAX;
4651         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4652         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4653
4654         /* Use the local node if we haven't already */
4655         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4656                 node_set(node, *used_node_mask);
4657                 return node;
4658         }
4659
4660         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4661
4662                 /* Don't want a node to appear more than once */
4663                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4664                         continue;
4665
4666                 /* Use the distance array to find the distance */
4667                 val = node_distance(node, n);
4668
4669                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4670                 val += (n < node);
4671
4672                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4673                 tmp = cpumask_of_node(n);
4674                 if (!cpumask_empty(tmp))
4675                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4676
4677                 /* Slight preference for less loaded node */
4678                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4679                 val += node_load[n];
4680
4681                 if (val < min_val) {
4682                         min_val = val;
4683                         best_node = n;
4684                 }
4685         }
4686
4687         if (best_node >= 0)
4688                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4689
4690         return best_node;
4691 }
4692
4693
4694 /*
4695  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4696  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4697  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4698  */
4699 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4700 {
4701         int j;
4702         struct zonelist *zonelist;
4703
4704         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4705         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4706                 ;
4707         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4708         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4709         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4710 }
4711
4712 /*
4713  * Build gfp_thisnode zonelists
4714  */
4715 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4716 {
4717         int j;
4718         struct zonelist *zonelist;
4719
4720         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4721         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4722         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4723         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4724 }
4725
4726 /*
4727  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4728  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4729  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4730  * may still exist in local DMA zone.
4731  */
4732 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4733
4734 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4735 {
4736         int pos, j, node;
4737         int zone_type;          /* needs to be signed */
4738         struct zone *z;
4739         struct zonelist *zonelist;
4740
4741         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4742         pos = 0;
4743         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4744                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4745                         node = node_order[j];
4746                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4747                         if (populated_zone(z)) {
4748                                 zoneref_set_zone(z,
4749                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4750                                 check_highest_zone(zone_type);
4751                         }
4752                 }
4753         }
4754         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4755         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4756 }
4757
4758 #if defined(CONFIG_64BIT)
4759 /*
4760  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4761  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4762  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4763  */
4764 static int default_zonelist_order(void)
4765 {
4766         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4767 }
4768 #else
4769 /*
4770  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4771  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4772  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4773  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4774  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4775  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4776  */
4777 static int default_zonelist_order(void)
4778 {
4779         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4780 }
4781 #endif /* CONFIG_64BIT */
4782
4783 static void set_zonelist_order(void)
4784 {
4785         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4786                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4787         else
4788                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4789 }
4790
4791 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4792 {
4793         int i, node, load;
4794         nodemask_t used_mask;
4795         int local_node, prev_node;
4796         struct zonelist *zonelist;
4797         unsigned int order = current_zonelist_order;
4798
4799         /* initialize zonelists */
4800         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4801                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4802                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4803                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4804         }
4805
4806         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4807         local_node = pgdat->node_id;
4808         load = nr_online_nodes;
4809         prev_node = local_node;
4810         nodes_clear(used_mask);
4811
4812         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4813         i = 0;
4814
4815         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4816                 /*
4817                  * We don't want to pressure a particular node.
4818                  * So adding penalty to the first node in same
4819                  * distance group to make it round-robin.
4820                  */
4821                 if (node_distance(local_node, node) !=
4822                     node_distance(local_node, prev_node))
4823                         node_load[node] = load;
4824
4825                 prev_node = node;
4826                 load--;
4827                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4828                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4829                 else
4830                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4831         }
4832
4833         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4834                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4835                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4836         }
4837
4838         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4839 }
4840
4841 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4842 /*
4843  * Return node id of node used for "local" allocations.
4844  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4845  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4846  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4847  */
4848 int local_memory_node(int node)
4849 {
4850         struct zoneref *z;
4851
4852         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4853                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4854                                    NULL);
4855         return z->zone->node;
4856 }
4857 #endif
4858
4859 #else   /* CONFIG_NUMA */
4860
4861 static void set_zonelist_order(void)
4862 {
4863         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4864 }
4865
4866 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4867 {
4868         int node, local_node;
4869         enum zone_type j;
4870         struct zonelist *zonelist;
4871
4872         local_node = pgdat->node_id;
4873
4874         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4875         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4876
4877         /*
4878          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4879          * of all the other nodes.
4880          * We don't want to pressure a particular node, so when
4881          * building the zones for node N, we make sure that the
4882          * zones coming right after the local ones are those from
4883          * node N+1 (modulo N)
4884          */
4885         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4886                 if (!node_online(node))
4887                         continue;
4888                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4889         }
4890         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4891                 if (!node_online(node))
4892                         continue;
4893                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4894         }
4895
4896         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4897         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4898 }
4899
4900 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4901
4902 /*
4903  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4904  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4905  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4906  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4907  * with interrupts disabled.
4908  *
4909  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4910  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4911  * hotplugged processors.
4912  *
4913  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4914  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4915  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4916  */
4917 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4918 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4919 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4920
4921 /*
4922  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4923  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4924  */
4925 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4926
4927 /* return values int ....just for stop_machine() */
4928 static int __build_all_zonelists(void *data)
4929 {
4930         int nid;
4931         int cpu;
4932         pg_data_t *self = data;
4933
4934 #ifdef CONFIG_NUMA
4935         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4936 #endif
4937
4938         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4939                 build_zonelists(self);
4940         }
4941
4942         for_each_online_node(nid) {
4943                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4944
4945                 build_zonelists(pgdat);
4946         }
4947
4948         /*
4949          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4950          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4951          * each zone will be allocated later when the per cpu
4952          * allocator is available.
4953          *
4954          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4955          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4956          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4957          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4958          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4959          * (a chicken-egg dilemma).
4960          */
4961         for_each_possible_cpu(cpu) {
4962                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4963
4964 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4965                 /*
4966                  * We now know the "local memory node" for each node--
4967                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4968                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4969                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4970                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4971                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4972                  */
4973                 if (cpu_online(cpu))
4974                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4975 #endif
4976         }
4977
4978         return 0;
4979 }
4980
4981 static noinline void __init
4982 build_all_zonelists_init(void)
4983 {
4984         __build_all_zonelists(NULL);
4985         mminit_verify_zonelist();
4986         cpuset_init_current_mems_allowed();
4987 }
4988
4989 /*
4990  * Called with zonelists_mutex held always
4991  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4992  *
4993  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4994  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4995  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4996  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4997  */
4998 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4999 {
5000         set_zonelist_order();
5001
5002         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5003                 build_all_zonelists_init();
5004         } else {
5005 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5006                 if (zone)
5007                         setup_zone_pageset(zone);
5008 #endif
5009                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5010                    of zonelist */
5011                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5012                 /* cpuset refresh routine should be here */
5013         }
5014         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5015         /*
5016          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5017          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5018          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5019          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5020          * disabled and enable it later
5021          */
5022         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5023                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5024         else
5025                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5026
5027         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5028                 nr_online_nodes,
5029                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5030                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5031                 vm_total_pages);
5032 #ifdef CONFIG_NUMA
5033         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5034 #endif
5035 }
5036
5037 /*
5038  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
5039  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
5040  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
5041  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
5042  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
5043  * conservative, even though it seems large.
5044  *
5045  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
5046  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
5047  */
5048 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
5049
5050 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5051 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5052 {
5053         unsigned long size = 1;
5054
5055         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
5056
5057         while (size < pages)
5058                 size <<= 1;
5059
5060         /*
5061          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
5062          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
5063          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
5064          */
5065         size = min(size, 4096UL);
5066
5067         return max(size, 4UL);
5068 }
5069 #else
5070 /*
5071  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
5072  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
5073  *
5074  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
5075  *
5076  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
5077  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
5078  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
5079  *
5080  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
5081  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
5082  *
5083  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
5084  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
5085  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
5086  */
5087 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
5088 {
5089         return 4096UL;
5090 }
5091 #endif
5092
5093 /*
5094  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
5095  * to extract the more random high bits from the multiplicative
5096  * hash function before the remainder is taken.
5097  */
5098 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
5099 {
5100         return ffz(~size);
5101 }
5102
5103 /*
5104  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5105  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5106  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5107  */
5108 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5109                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5110 {
5111         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5112         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5113         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5114         unsigned long pfn;
5115         unsigned long nr_initialised = 0;
5116 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5117         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5118 #endif
5119
5120         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5121                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5122
5123         /*
5124          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5125          * memory
5126          */
5127         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5128                 start_pfn += altmap->reserve;
5129
5130         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5131                 /*
5132                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5133                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5134                  */
5135                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5136                         goto not_early;
5137
5138                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5139                         continue;
5140                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5141                         continue;
5142                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5143                         break;
5144
5145 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5146                 /*
5147                  * If not mirrored_kernelcore and ZONE_MOVABLE exists, range
5148                  * from zone_movable_pfn[nid] to end of each node should be
5149                  * ZONE_MOVABLE not ZONE_NORMAL. skip it.
5150                  */
5151                 if (!mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid])
5152                         if (zone == ZONE_NORMAL && pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5153                                 continue;
5154
5155                 /*
5156                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5157                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5158                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5159                  */
5160                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5161                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5162                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5163                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5164                                                 break;
5165                                 r = tmp;
5166                         }
5167                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5168                             memblock_is_mirror(r)) {
5169                                 /* already initialized as NORMAL */
5170                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5171                                 continue;
5172                         }
5173                 }
5174 #endif
5175
5176 not_early:
5177                 /*
5178                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5179                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5180                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5181                  * the address space during boot when many long-lived
5182                  * kernel allocations are made.
5183                  *
5184                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5185                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5186                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5187                  * pfn out of zone.
5188                  */
5189                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5190                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5191
5192                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5193                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5194                 } else {
5195                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5196                 }
5197         }
5198 }
5199
5200 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5201 {
5202         unsigned int order, t;
5203         for_each_migratetype_order(order, t) {
5204                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5205                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5206         }
5207 }
5208
5209 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5210 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5211         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5212 #endif
5213
5214 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5215 {
5216 #ifdef CONFIG_MMU
5217         int batch;
5218
5219         /*
5220          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5221          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5222          *
5223          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5224          */
5225         batch = zone->managed_pages / 1024;
5226         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5227                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5228         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5229         if (batch < 1)
5230                 batch = 1;
5231
5232         /*
5233          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5234          * of 2 value was found to be more likely to have
5235          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5236          *
5237          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5238          * batches of pages, one task can end up with a lot
5239          * of pages of one half of the possible page colors
5240          * and the other with pages of the other colors.
5241          */
5242         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5243
5244         return batch;
5245
5246 #else
5247         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5248          * conditions.
5249          *
5250          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5251          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5252          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5253          *
5254          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5255          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5256          * can be a significant delay between the individual batches being
5257          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5258          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5259          */
5260         return 0;
5261 #endif
5262 }
5263
5264 /*
5265  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5266  * ->batch must never be higher then ->high.
5267  * The following function updates them in a safe manner without read side
5268  * locking.
5269  *
5270  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5271  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5272  *
5273  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5274  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5275  * exist).
5276  */
5277 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5278                 unsigned long batch)
5279 {
5280        /* start with a fail safe value for batch */
5281         pcp->batch = 1;
5282         smp_wmb();
5283
5284        /* Update high, then batch, in order */
5285         pcp->high = high;
5286         smp_wmb();
5287
5288         pcp->batch = batch;
5289 }
5290
5291 /* a companion to pageset_set_high() */
5292 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5293 {
5294         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5295 }
5296
5297 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5298 {
5299         struct per_cpu_pages *pcp;
5300         int migratetype;
5301
5302         memset(p, 0, sizeof(*p));
5303
5304         pcp = &p->pcp;
5305         pcp->count = 0;
5306         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5307                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5308 }
5309
5310 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5311 {
5312         pageset_init(p);
5313         pageset_set_batch(p, batch);
5314 }
5315
5316 /*
5317  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5318  * to the value high for the pageset p.
5319  */
5320 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5321                                 unsigned long high)
5322 {
5323         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5324         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5325                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5326
5327         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5328 }
5329
5330 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5331                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5332 {
5333         if (percpu_pagelist_fraction)
5334                 pageset_set_high(pcp,
5335                         (zone->managed_pages /
5336                                 percpu_pagelist_fraction));
5337         else
5338                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5339 }
5340
5341 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5342 {
5343         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5344
5345         pageset_init(pcp);
5346         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5347 }
5348
5349 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5350 {
5351         int cpu;
5352         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5353         for_each_possible_cpu(cpu)
5354                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5355 }
5356
5357 /*
5358  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5359  * Before this call only boot pagesets were available.
5360  */
5361 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5362 {
5363         struct zone *zone;
5364
5365         for_each_populated_zone(zone)
5366                 setup_zone_pageset(zone);
5367 }
5368
5369 static noinline __init_refok
5370 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
5371 {
5372         int i;
5373         size_t alloc_size;
5374
5375         /*
5376          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
5377          * per zone.
5378          */
5379         zone->wait_table_hash_nr_entries =
5380                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
5381         zone->wait_table_bits =
5382                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
5383         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
5384                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
5385
5386         if (!slab_is_available()) {
5387                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
5388                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
5389                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
5390         } else {
5391                 /*
5392                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
5393                  * via memory hot-add.
5394                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
5395                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
5396                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
5397                  * node itself as well.
5398                  * To use this new node's memory, further consideration will be
5399                  * necessary.
5400                  */
5401                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
5402         }
5403         if (!zone->wait_table)
5404                 return -ENOMEM;
5405
5406         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
5407                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
5408
5409         return 0;
5410 }
5411
5412 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5413 {
5414         /*
5415          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5416          * relies on the ability of the linker to provide the
5417          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5418          */
5419         zone->pageset = &boot_pageset;
5420
5421         if (populated_zone(zone))
5422                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5423                         zone->name, zone->present_pages,
5424                                          zone_batchsize(zone));
5425 }
5426
5427 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5428                                         unsigned long zone_start_pfn,
5429                                         unsigned long size)
5430 {
5431         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5432         int ret;
5433         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
5434         if (ret)
5435                 return ret;
5436         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5437
5438         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5439
5440         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5441                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5442                         pgdat->node_id,
5443                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5444                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5445
5446         zone_init_free_lists(zone);
5447
5448         return 0;
5449 }
5450
5451 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5452 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5453
5454 /*
5455  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5456  */
5457 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5458                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5459 {
5460         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5461         int nid;
5462
5463         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5464                 return state->last_nid;
5465
5466         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5467         if (nid != -1) {
5468                 state->last_start = start_pfn;
5469                 state->last_end = end_pfn;
5470                 state->last_nid = nid;
5471         }
5472
5473         return nid;
5474 }
5475 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5476
5477 /**
5478  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5479  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5480  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5481  *
5482  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5483  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5484  * memblock_free_early_nid() manually.
5485  */
5486 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5487 {
5488         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5489         int i, this_nid;
5490
5491         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5492                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5493                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5494
5495                 if (start_pfn < end_pfn)
5496                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5497                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5498                                         this_nid);
5499         }
5500 }
5501
5502 /**
5503  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5504  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5505  *
5506  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5507  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5508  */
5509 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5510 {
5511         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5512         int i, this_nid;
5513
5514         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5515                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5516 }
5517
5518 /**
5519  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5520  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5521  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5522  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5523  *
5524  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5525  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5526  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5527  * PFNs will be 0.
5528  */
5529 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5530                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5531 {
5532         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5533         int i;
5534
5535         *start_pfn = -1UL;
5536         *end_pfn = 0;
5537
5538         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5539                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5540                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5541         }
5542
5543         if (*start_pfn == -1UL)
5544                 *start_pfn = 0;
5545 }
5546
5547 /*
5548  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5549  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5550  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5551  */
5552 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5553 {
5554         int zone_index;
5555         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5556                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5557                         continue;
5558
5559                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5560                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5561                         break;
5562         }
5563
5564         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5565         movable_zone = zone_index;
5566 }
5567
5568 /*
5569  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5570  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5571  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5572  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5573  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5574  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5575  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5576  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5577  */
5578 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5579                                         unsigned long zone_type,
5580                                         unsigned long node_start_pfn,
5581                                         unsigned long node_end_pfn,
5582                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5583                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5584 {
5585         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5586         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5587                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5588                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5589                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5590                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5591                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5592
5593                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5594                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5595                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5596         }
5597 }
5598
5599 /*
5600  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5601  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5602  */
5603 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5604                                         unsigned long zone_type,
5605                                         unsigned long node_start_pfn,
5606                                         unsigned long node_end_pfn,
5607                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5608                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5609                                         unsigned long *ignored)
5610 {
5611         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5612         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5613                 return 0;
5614
5615         /* Get the start and end of the zone */
5616         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5617         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5618         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5619                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5620                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5621
5622         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5623         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5624                 return 0;
5625
5626         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5627         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5628         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5629
5630         /* Return the spanned pages */
5631         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5632 }
5633
5634 /*
5635  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5636  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5637  */
5638 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5639                                 unsigned long range_start_pfn,
5640                                 unsigned long range_end_pfn)
5641 {
5642         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5643         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5644         int i;
5645
5646         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5647                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5648                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5649                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5650         }
5651         return nr_absent;
5652 }
5653
5654 /**
5655  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5656  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5657  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5658  *
5659  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5660  */
5661 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5662                                                         unsigned long end_pfn)
5663 {
5664         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5665 }
5666
5667 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5668 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5669                                         unsigned long zone_type,
5670                                         unsigned long node_start_pfn,
5671                                         unsigned long node_end_pfn,
5672                                         unsigned long *ignored)
5673 {
5674         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5675         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5676         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5677         unsigned long nr_absent;
5678
5679         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5680         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5681                 return 0;
5682
5683         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5684         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5685
5686         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5687                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5688                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5689         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5690
5691         /*
5692          * ZONE_MOVABLE handling.
5693          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5694          * and vice versa.
5695          */
5696         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5697                 if (mirrored_kernelcore) {
5698                         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5699                         struct memblock_region *r;
5700
5701                         for_each_memblock(memory, r) {
5702                                 start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5703                                                   zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5704                                 end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5705                                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5706
5707                                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5708                                     memblock_is_mirror(r))
5709                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5710
5711                                 if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5712                                     !memblock_is_mirror(r))
5713                                         nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5714                         }
5715                 } else {
5716                         if (zone_type == ZONE_NORMAL)
5717                                 nr_absent += node_end_pfn - zone_movable_pfn[nid];
5718                 }
5719         }
5720
5721         return nr_absent;
5722 }
5723
5724 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5725 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5726                                         unsigned long zone_type,
5727                                         unsigned long node_start_pfn,
5728                                         unsigned long node_end_pfn,
5729                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5730                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5731                                         unsigned long *zones_size)
5732 {
5733         unsigned int zone;
5734
5735         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5736         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5737                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5738
5739         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5740
5741         return zones_size[zone_type];
5742 }
5743
5744 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5745                                                 unsigned long zone_type,
5746                                                 unsigned long node_start_pfn,
5747                                                 unsigned long node_end_pfn,
5748                                                 unsigned long *zholes_size)
5749 {
5750         if (!zholes_size)
5751                 return 0;
5752
5753         return zholes_size[zone_type];
5754 }
5755
5756 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5757
5758 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5759                                                 unsigned long node_start_pfn,
5760                                                 unsigned long node_end_pfn,
5761                                                 unsigned long *zones_size,
5762                                                 unsigned long *zholes_size)
5763 {
5764         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5765         enum zone_type i;
5766
5767         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5768                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5769                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5770                 unsigned long size, real_size;
5771
5772                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5773                                                   node_start_pfn,
5774                                                   node_end_pfn,
5775                                                   &zone_start_pfn,
5776                                                   &zone_end_pfn,
5777                                                   zones_size);
5778                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5779                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5780                                                   zholes_size);
5781                 if (size)
5782                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5783                 else
5784                         zone->zone_start_pfn = 0;
5785                 zone->spanned_pages = size;
5786                 zone->present_pages = real_size;
5787
5788                 totalpages += size;
5789                 realtotalpages += real_size;
5790         }
5791
5792         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5793         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5794         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5795                                                         realtotalpages);
5796 }
5797
5798 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5799 /*
5800  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5801  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5802  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5803  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5804  * bytes.
5805  */
5806 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5807 {
5808         unsigned long usemapsize;
5809
5810         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5811         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5812         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5813         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5814         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5815
5816         return usemapsize / 8;
5817 }
5818
5819 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5820                                 struct zone *zone,
5821                                 unsigned long zone_start_pfn,
5822                                 unsigned long zonesize)
5823 {
5824         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5825         zone->pageblock_flags = NULL;
5826         if (usemapsize)
5827                 zone->pageblock_flags =
5828                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5829                                                          pgdat->node_id);
5830 }
5831 #else
5832 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5833                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5834 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5835
5836 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5837
5838 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5839 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5840 {
5841         unsigned int order;
5842
5843         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5844         if (pageblock_order)
5845                 return;
5846
5847         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5848                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5849         else
5850                 order = MAX_ORDER - 1;
5851
5852         /*
5853          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5854          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5855          * powerpc.
5856          */
5857         pageblock_order = order;
5858 }
5859 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5860
5861 /*
5862  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5863  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5864  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5865  * the kernel config
5866  */
5867 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5868 {
5869 }
5870
5871 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5872
5873 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5874                                                    unsigned long present_pages)
5875 {
5876         unsigned long pages = spanned_pages;
5877
5878         /*
5879          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5880          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5881          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5882          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5883          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5884          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5885          */
5886         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5887             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5888                 pages = present_pages;
5889
5890         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5891 }
5892
5893 /*
5894  * Set up the zone data structures:
5895  *   - mark all pages reserved
5896  *   - mark all memory queues empty
5897  *   - clear the memory bitmaps
5898  *
5899  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5900  */
5901 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5902 {
5903         enum zone_type j;
5904         int nid = pgdat->node_id;
5905         int ret;
5906
5907         pgdat_resize_init(pgdat);
5908 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5909         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5910         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5911         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5912 #endif
5913 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5914         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5915         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5916         pgdat->split_queue_len = 0;
5917 #endif
5918         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5919         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5920 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5921         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5922 #endif
5923         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5924
5925         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5926                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5927                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5928                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5929
5930                 size = zone->spanned_pages;
5931                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5932
5933                 /*
5934                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5935                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5936                  * and per-cpu initialisations
5937                  */
5938                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5939                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5940                         if (freesize >= memmap_pages) {
5941                                 freesize -= memmap_pages;
5942                                 if (memmap_pages)
5943                                         printk(KERN_DEBUG
5944                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5945                                                zone_names[j], memmap_pages);
5946                         } else
5947                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5948                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5949                 }
5950
5951                 /* Account for reserved pages */
5952                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5953                         freesize -= dma_reserve;
5954                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5955                                         zone_names[0], dma_reserve);
5956                 }
5957
5958                 if (!is_highmem_idx(j))
5959                         nr_kernel_pages += freesize;
5960                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5961                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5962                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5963                 nr_all_pages += freesize;
5964
5965                 /*
5966                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5967                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5968                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5969                  */
5970                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5971 #ifdef CONFIG_NUMA
5972                 zone->node = nid;
5973                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5974                                                 / 100;
5975                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5976 #endif
5977                 zone->name = zone_names[j];
5978                 spin_lock_init(&zone->lock);
5979                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5980                 zone_seqlock_init(zone);
5981                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5982                 zone_pcp_init(zone);
5983
5984                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5985                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5986
5987                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5988                 if (!size)
5989                         continue;
5990
5991                 set_pageblock_order();
5992                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5993                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5994                 BUG_ON(ret);
5995                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5996         }
5997 }
5998
5999 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6000 {
6001         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6002         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6003
6004         /* Skip empty nodes */
6005         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6006                 return;
6007
6008 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6009         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6010         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6011         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6012         if (!pgdat->node_mem_map) {
6013                 unsigned long size, end;
6014                 struct page *map;
6015
6016                 /*
6017                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6018                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6019                  * for the buddy allocator to function correctly.
6020                  */
6021                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6022                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6023                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6024                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
6025                 if (!map)
6026                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
6027                                                                pgdat->node_id);
6028                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6029         }
6030 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6031         /*
6032          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6033          */
6034         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6035                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6036 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6037                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6038                         mem_map -= offset;
6039 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6040         }
6041 #endif
6042 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6043 }
6044
6045 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6046                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6047 {
6048         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6049         unsigned long start_pfn = 0;
6050         unsigned long end_pfn = 0;
6051
6052         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6053         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
6054
6055         reset_deferred_meminit(pgdat);
6056         pgdat->node_id = nid;
6057         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6058 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6059         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6060         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6061                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6062                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6063 #else
6064         start_pfn = node_start_pfn;
6065 #endif
6066         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6067                                   zones_size, zholes_size);
6068
6069         alloc_node_mem_map(pgdat);
6070 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6071         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6072                 nid, (unsigned long)pgdat,
6073                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6074 #endif
6075
6076         free_area_init_core(pgdat);
6077 }
6078
6079 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6080
6081 #if MAX_NUMNODES > 1
6082 /*
6083  * Figure out the number of possible node ids.
6084  */
6085 void __init setup_nr_node_ids(void)
6086 {
6087         unsigned int highest;
6088
6089         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6090         nr_node_ids = highest + 1;
6091 }
6092 #endif
6093
6094 /**
6095  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6096  *
6097  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6098  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6099  * all the nodes.
6100  *
6101  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6102  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6103  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6104  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6105  *
6106  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6107  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6108  * populated node map.
6109  *
6110  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6111  * requirement (single node).
6112  */
6113 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6114 {
6115         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6116         unsigned long start, end, mask;
6117         int last_nid = -1;
6118         int i, nid;
6119
6120         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6121                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6122                         last_nid = nid;
6123                         last_end = end;
6124                         continue;
6125                 }
6126
6127                 /*
6128                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6129                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6130                  * too coarse to separate the current node from the last.
6131                  */
6132                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6133                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6134                         mask <<= 1;
6135
6136                 /* accumulate all internode masks */
6137                 accl_mask |= mask;
6138         }
6139
6140         /* convert mask to number of pages */
6141         return ~accl_mask + 1;
6142 }
6143
6144 /* Find the lowest pfn for a node */
6145 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6146 {
6147         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6148         unsigned long start_pfn;
6149         int i;
6150
6151         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6152                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6153
6154         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6155                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6156                 return 0;
6157         }
6158
6159         return min_pfn;
6160 }
6161
6162 /**
6163  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6164  *
6165  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6166  * memblock_set_node().
6167  */
6168 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6169 {
6170         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6171 }
6172
6173 /*
6174  * early_calculate_totalpages()
6175  * Sum pages in active regions for movable zone.
6176  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6177  */
6178 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6179 {
6180         unsigned long totalpages = 0;
6181         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6182         int i, nid;
6183
6184         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6185                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6186
6187                 totalpages += pages;
6188                 if (pages)
6189                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6190         }
6191         return totalpages;
6192 }
6193
6194 /*
6195  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6196  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6197  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6198  * others
6199  */
6200 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6201 {
6202         int i, nid;
6203         unsigned long usable_startpfn;
6204         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6205         /* save the state before borrow the nodemask */
6206         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6207         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6208         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6209         struct memblock_region *r;
6210
6211         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6212         find_usable_zone_for_movable();
6213
6214         /*
6215          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6216          * options.
6217          */
6218         if (movable_node_is_enabled()) {
6219                 for_each_memblock(memory, r) {
6220                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6221                                 continue;
6222
6223                         nid = r->nid;
6224
6225                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6226                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6227                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6228                                 usable_startpfn;
6229                 }
6230
6231                 goto out2;
6232         }
6233
6234         /*
6235          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6236          */
6237         if (mirrored_kernelcore) {
6238                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6239
6240                 for_each_memblock(memory, r) {
6241                         if (memblock_is_mirror(r))
6242                                 continue;
6243
6244                         nid = r->nid;
6245
6246                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6247
6248                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6249                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6250                                 continue;
6251                         }
6252
6253                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6254                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6255                                 usable_startpfn;
6256                 }
6257
6258                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6259                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6260
6261                 goto out2;
6262         }
6263
6264         /*
6265          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6266          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6267          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6268          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6269          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6270          * what movablecore would have allowed.
6271          */
6272         if (required_movablecore) {
6273                 unsigned long corepages;
6274
6275                 /*
6276                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6277                  * was requested by the user
6278                  */
6279                 required_movablecore =
6280                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6281                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6282                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6283
6284                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6285         }
6286
6287         /*
6288          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6289          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6290          */
6291         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6292                 goto out;
6293
6294         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6295         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6296
6297 restart:
6298         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6299         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6300         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6301                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6302
6303                 /*
6304                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6305                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6306                  * amount of memory for the kernel
6307                  */
6308                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6309                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6310
6311                 /*
6312                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6313                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6314                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6315                  */
6316                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6317
6318                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6319                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6320                         unsigned long size_pages;
6321
6322                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6323                         if (start_pfn >= end_pfn)
6324                                 continue;
6325
6326                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6327                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6328                                 unsigned long kernel_pages;
6329                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6330                                                                 - start_pfn;
6331
6332                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6333                                                         kernelcore_remaining);
6334                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6335                                                         required_kernelcore);
6336
6337                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6338                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6339
6340                                         /*
6341                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6342                                          * that if we have to rebalance
6343                                          * kernelcore across nodes, we will
6344                                          * not double account here
6345                                          */
6346                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6347                                         continue;
6348                                 }
6349                                 start_pfn = usable_startpfn;
6350                         }
6351
6352                         /*
6353                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6354                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6355                          * number of pages used as kernelcore
6356                          */
6357                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6358                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6359                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6360                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6361
6362                         /*
6363                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6364                          * break if the kernelcore for this node has been
6365                          * satisfied
6366                          */
6367                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6368                                                                 size_pages);
6369                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6370                         if (!kernelcore_remaining)
6371                                 break;
6372                 }
6373         }
6374
6375         /*
6376          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6377          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6378          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6379          * satisfied
6380          */
6381         usable_nodes--;
6382         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6383                 goto restart;
6384
6385 out2:
6386         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6387         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6388                 zone_movable_pfn[nid] =
6389                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6390
6391 out:
6392         /* restore the node_state */
6393         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6394 }
6395
6396 /* Any regular or high memory on that node ? */
6397 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6398 {
6399         enum zone_type zone_type;
6400
6401         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6402                 return;
6403
6404         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6405                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6406                 if (populated_zone(zone)) {
6407                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6408                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6409                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6410                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6411                         break;
6412                 }
6413         }
6414 }
6415
6416 /**
6417  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6418  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6419  *
6420  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6421  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6422  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6423  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6424  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6425  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6426  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6427  * at arch_max_dma_pfn.
6428  */
6429 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6430 {
6431         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6432         int i, nid;
6433
6434         /* Record where the zone boundaries are */
6435         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6436                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6437         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6438                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6439         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
6440         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
6441         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6442                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6443                         continue;
6444                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
6445                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
6446                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
6447                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
6448         }
6449         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6450         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6451
6452         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6453         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6454         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6455
6456         /* Print out the zone ranges */
6457         pr_info("Zone ranges:\n");
6458         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6459                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6460                         continue;
6461                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6462                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6463                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6464                         pr_cont("empty\n");
6465                 else
6466                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6467                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6468                                         << PAGE_SHIFT,
6469                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6470                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6471         }
6472
6473         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6474         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6475         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6476                 if (zone_movable_pfn[i])
6477                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6478                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6479         }
6480
6481         /* Print out the early node map */
6482         pr_info("Early memory node ranges\n");
6483         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6484                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6485                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6486                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6487
6488         /* Initialise every node */
6489         mminit_verify_pageflags_layout();
6490         setup_nr_node_ids();
6491         for_each_online_node(nid) {
6492                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6493                 free_area_init_node(nid, NULL,
6494                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6495
6496                 /* Any memory on that node */
6497                 if (pgdat->node_present_pages)
6498                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6499                 check_for_memory(pgdat, nid);
6500         }
6501 }
6502
6503 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6504 {
6505         unsigned long long coremem;
6506         if (!p)
6507                 return -EINVAL;
6508
6509         coremem = memparse(p, &p);
6510         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6511
6512         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6513         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6514
6515         return 0;
6516 }
6517
6518 /*
6519  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6520  * cannot be reclaimed or migrated.
6521  */
6522 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6523 {
6524         /* parse kernelcore=mirror */
6525         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6526                 mirrored_kernelcore = true;
6527                 return 0;
6528         }
6529
6530         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6531 }
6532
6533 /*
6534  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6535  * can be reclaimed or migrated.
6536  */
6537 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6538 {
6539         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6540 }
6541
6542 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6543 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6544
6545 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6546
6547 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6548 {
6549         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6550         page_zone(page)->managed_pages += count;
6551         totalram_pages += count;
6552 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6553         if (PageHighMem(page))
6554                 totalhigh_pages += count;
6555 #endif
6556         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6557 }
6558 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6559
6560 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6561 {
6562         void *pos;
6563         unsigned long pages = 0;
6564
6565         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6566         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6567         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6568                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6569                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6570                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6571         }
6572
6573         if (pages && s)
6574                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
6575                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
6576
6577         return pages;
6578 }
6579 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6580
6581 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6582 void free_highmem_page(struct page *page)
6583 {
6584         __free_reserved_page(page);
6585         totalram_pages++;
6586         page_zone(page)->managed_pages++;
6587         totalhigh_pages++;
6588 }
6589 #endif
6590
6591
6592 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6593 {
6594         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6595         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6596
6597         physpages = get_num_physpages();
6598         codesize = _etext - _stext;
6599         datasize = _edata - _sdata;
6600         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6601         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6602         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6603         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6604
6605         /*
6606          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6607          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6608          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6609          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6610          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6611          */
6612 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6613         do { \
6614                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6615                         size -= adj; \
6616         } while (0)
6617
6618         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6619                      _sinittext, init_code_size);
6620         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6621         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6622         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6623         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6624
6625 #undef  adj_init_size
6626
6627         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6628 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6629                 ", %luK highmem"
6630 #endif
6631                 "%s%s)\n",
6632                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6633                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6634                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6635                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6636                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6637                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6638 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6639                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6640 #endif
6641                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6642 }
6643
6644 /**
6645  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6646  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6647  *
6648  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6649  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6650  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6651  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6652  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6653  * smaller per-cpu batchsize.
6654  */
6655 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6656 {
6657         dma_reserve = new_dma_reserve;
6658 }
6659
6660 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6661 {
6662         free_area_init_node(0, zones_size,
6663                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6664 }
6665
6666 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
6667                                  unsigned long action, void *hcpu)
6668 {
6669         int cpu = (unsigned long)hcpu;
6670
6671         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
6672                 lru_add_drain_cpu(cpu);
6673                 drain_pages(cpu);
6674
6675                 /*
6676                  * Spill the event counters of the dead processor
6677                  * into the current processors event counters.
6678                  * This artificially elevates the count of the current
6679                  * processor.
6680                  */
6681                 vm_events_fold_cpu(cpu);
6682
6683                 /*
6684                  * Zero the differential counters of the dead processor
6685                  * so that the vm statistics are consistent.
6686                  *
6687                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
6688                  * race with what we are doing.
6689                  */
6690                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
6691         }
6692         return NOTIFY_OK;
6693 }
6694
6695 void __init page_alloc_init(void)
6696 {
6697         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
6698 }
6699
6700 /*
6701  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6702  *      or min_free_kbytes changes.
6703  */
6704 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6705 {
6706         struct pglist_data *pgdat;
6707         unsigned long reserve_pages = 0;
6708         enum zone_type i, j;
6709
6710         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6711                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6712                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6713                         long max = 0;
6714
6715                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6716                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6717                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6718                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6719                         }
6720
6721                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6722                         max += high_wmark_pages(zone);
6723
6724                         if (max > zone->managed_pages)
6725                                 max = zone->managed_pages;
6726
6727                         zone->totalreserve_pages = max;
6728
6729                         reserve_pages += max;
6730                 }
6731         }
6732         totalreserve_pages = reserve_pages;
6733 }
6734
6735 /*
6736  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6737  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6738  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6739  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6740  */
6741 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6742 {
6743         struct pglist_data *pgdat;
6744         enum zone_type j, idx;
6745
6746         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6747                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6748                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6749                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6750
6751                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6752
6753                         idx = j;
6754                         while (idx) {
6755                                 struct zone *lower_zone;
6756
6757                                 idx--;
6758
6759                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6760                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6761
6762                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6763                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6764                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6765                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6766                         }
6767                 }
6768         }
6769
6770         /* update totalreserve_pages */
6771         calculate_totalreserve_pages();
6772 }
6773
6774 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6775 {
6776         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6777         unsigned long lowmem_pages = 0;
6778         struct zone *zone;
6779         unsigned long flags;
6780
6781         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6782         for_each_zone(zone) {
6783                 if (!is_highmem(zone))
6784                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6785         }
6786
6787         for_each_zone(zone) {
6788                 u64 tmp;
6789
6790                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6791                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6792                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6793                 if (is_highmem(zone)) {
6794                         /*
6795                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6796                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6797                          * value here.
6798                          *
6799                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6800                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6801                          * not be capped for highmem.
6802                          */
6803                         unsigned long min_pages;
6804
6805                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6806                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6807                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6808                 } else {
6809                         /*
6810                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6811                          * proportionate to the zone's size.
6812                          */
6813                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6814                 }
6815
6816                 /*
6817                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6818                  * scale factor in proportion to available memory, but
6819                  * ensure a minimum size on small systems.
6820                  */
6821                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6822                             mult_frac(zone->managed_pages,
6823                                       watermark_scale_factor, 10000));
6824
6825                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6826                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6827
6828                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6829                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6830                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6831
6832                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6833         }
6834
6835         /* update totalreserve_pages */
6836         calculate_totalreserve_pages();
6837 }
6838
6839 /**
6840  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6841  * or when memory is hot-{added|removed}
6842  *
6843  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6844  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6845  */
6846 void setup_per_zone_wmarks(void)
6847 {
6848         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6849         __setup_per_zone_wmarks();
6850         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6851 }
6852
6853 /*
6854  * Initialise min_free_kbytes.
6855  *
6856  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6857  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6858  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6859  *
6860  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6861  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6862  *
6863  * which yields
6864  *
6865  * 16MB:        512k
6866  * 32MB:        724k
6867  * 64MB:        1024k
6868  * 128MB:       1448k
6869  * 256MB:       2048k
6870  * 512MB:       2896k
6871  * 1024MB:      4096k
6872  * 2048MB:      5792k
6873  * 4096MB:      8192k
6874  * 8192MB:      11584k
6875  * 16384MB:     16384k
6876  */
6877 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6878 {
6879         unsigned long lowmem_kbytes;
6880         int new_min_free_kbytes;
6881
6882         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6883         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6884
6885         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6886                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6887                 if (min_free_kbytes < 128)
6888                         min_free_kbytes = 128;
6889                 if (min_free_kbytes > 65536)
6890                         min_free_kbytes = 65536;
6891         } else {
6892                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6893                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6894         }
6895         setup_per_zone_wmarks();
6896         refresh_zone_stat_thresholds();
6897         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6898         return 0;
6899 }
6900 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6901
6902 /*
6903  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6904  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6905  *      changes.
6906  */
6907 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6908         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6909 {
6910         int rc;
6911
6912         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6913         if (rc)
6914                 return rc;
6915
6916         if (write) {
6917                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6918                 setup_per_zone_wmarks();
6919         }
6920         return 0;
6921 }
6922
6923 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6924         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6925 {
6926         int rc;
6927
6928         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6929         if (rc)
6930                 return rc;
6931
6932         if (write)
6933                 setup_per_zone_wmarks();
6934
6935         return 0;
6936 }
6937
6938 #ifdef CONFIG_NUMA
6939 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6940         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6941 {
6942         struct zone *zone;
6943         int rc;
6944
6945         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6946         if (rc)
6947                 return rc;
6948
6949         for_each_zone(zone)
6950                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6951                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6952         return 0;
6953 }
6954
6955 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6956         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6957 {
6958         struct zone *zone;
6959         int rc;
6960
6961         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6962         if (rc)
6963                 return rc;
6964
6965         for_each_zone(zone)
6966                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6967                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6968         return 0;
6969 }
6970 #endif
6971
6972 /*
6973  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6974  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6975  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6976  *
6977  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6978  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6979  * if in function of the boot time zone sizes.
6980  */
6981 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6982         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6983 {
6984         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6985         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6986         return 0;
6987 }
6988
6989 /*
6990  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6991  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6992  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6993  */
6994 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6995         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6996 {
6997         struct zone *zone;
6998         int old_percpu_pagelist_fraction;
6999         int ret;
7000
7001         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7002         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7003
7004         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7005         if (!write || ret < 0)
7006                 goto out;
7007
7008         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7009         if (percpu_pagelist_fraction &&
7010             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7011                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7012                 ret = -EINVAL;
7013                 goto out;
7014         }
7015
7016         /* No change? */
7017         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7018                 goto out;
7019
7020         for_each_populated_zone(zone) {
7021                 unsigned int cpu;
7022
7023                 for_each_possible_cpu(cpu)
7024                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7025                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7026         }
7027 out:
7028         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7029         return ret;
7030 }
7031
7032 #ifdef CONFIG_NUMA
7033 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7034
7035 static int __init set_hashdist(char *str)
7036 {
7037         if (!str)
7038                 return 0;
7039         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7040         return 1;
7041 }
7042 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7043 #endif
7044
7045 /*
7046  * allocate a large system hash table from bootmem
7047  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7048  *   quantity of entries
7049  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7050  */
7051 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7052                                      unsigned long bucketsize,
7053                                      unsigned long numentries,
7054                                      int scale,
7055                                      int flags,
7056                                      unsigned int *_hash_shift,
7057                                      unsigned int *_hash_mask,
7058                                      unsigned long low_limit,
7059                                      unsigned long high_limit)
7060 {
7061         unsigned long long max = high_limit;
7062         unsigned long log2qty, size;
7063         void *table = NULL;
7064
7065         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7066         if (!numentries) {
7067                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7068                 numentries = nr_kernel_pages;
7069
7070                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7071                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7072                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7073
7074                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7075                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7076                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7077                 else
7078                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7079
7080                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7081                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7082                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7083                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7084                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7085                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7086                                 BUG_ON(!numentries);
7087                         }
7088                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7089                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7090         }
7091         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7092
7093         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7094         if (max == 0) {
7095                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7096                 do_div(max, bucketsize);
7097         }
7098         max = min(max, 0x80000000ULL);
7099
7100         if (numentries < low_limit)
7101                 numentries = low_limit;
7102         if (numentries > max)
7103                 numentries = max;
7104
7105         log2qty = ilog2(numentries);
7106
7107         do {
7108                 size = bucketsize << log2qty;
7109                 if (flags & HASH_EARLY)
7110                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7111                 else if (hashdist)
7112                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7113                 else {
7114                         /*
7115                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7116                          * some pages at the end of hash table which
7117                          * alloc_pages_exact() automatically does
7118                          */
7119                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7120                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7121                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7122                         }
7123                 }
7124         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7125
7126         if (!table)
7127                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7128
7129         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7130                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7131
7132         if (_hash_shift)
7133                 *_hash_shift = log2qty;
7134         if (_hash_mask)
7135                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7136
7137         return table;
7138 }
7139
7140 /*
7141  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7142  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7143  *
7144  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7145  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7146  * expect this function should be exact.
7147  */
7148 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7149                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7150 {
7151         unsigned long pfn, iter, found;
7152         int mt;
7153
7154         /*
7155          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7156          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7157          */
7158         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7159                 return false;
7160         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7161         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7162                 return false;
7163
7164         pfn = page_to_pfn(page);
7165         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7166                 unsigned long check = pfn + iter;
7167
7168                 if (!pfn_valid_within(check))
7169                         continue;
7170
7171                 page = pfn_to_page(check);
7172
7173                 /*
7174                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7175                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7176                  * handle each tail page individually in migration.
7177                  */
7178                 if (PageHuge(page)) {
7179                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7180                         continue;
7181                 }
7182
7183                 /*
7184                  * We can't use page_count without pin a page
7185                  * because another CPU can free compound page.
7186                  * This check already skips compound tails of THP
7187                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7188                  */
7189                 if (!page_ref_count(page)) {
7190                         if (PageBuddy(page))
7191                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7192                         continue;
7193                 }
7194
7195                 /*
7196                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7197                  * page_count() is not 0.
7198                  */
7199                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7200                         continue;
7201
7202                 if (!PageLRU(page))
7203                         found++;
7204                 /*
7205                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7206                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7207                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7208                  */
7209                 /*
7210                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7211                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7212                  *
7213                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7214                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7215                  * page at boot.
7216                  */
7217                 if (found > count)
7218                         return true;
7219         }
7220         return false;
7221 }
7222
7223 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7224 {
7225         struct zone *zone;
7226         unsigned long pfn;
7227
7228         /*
7229          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7230          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7231          * the zone but still within the section.
7232          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7233          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7234          */
7235         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7236                 return false;
7237
7238         zone = page_zone(page);
7239         pfn = page_to_pfn(page);
7240         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7241                 return false;
7242
7243         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7244 }
7245
7246 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7247
7248 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7249 {
7250         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7251                              pageblock_nr_pages) - 1);
7252 }
7253
7254 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7255 {
7256         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7257                                 pageblock_nr_pages));
7258 }
7259
7260 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7261 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7262                                         unsigned long start, unsigned long end)
7263 {
7264         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7265         unsigned long nr_reclaimed;
7266         unsigned long pfn = start;
7267         unsigned int tries = 0;
7268         int ret = 0;
7269
7270         migrate_prep();
7271
7272         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7273                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7274                         ret = -EINTR;
7275                         break;
7276                 }
7277
7278                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7279                         cc->nr_migratepages = 0;
7280                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7281                         if (!pfn) {
7282                                 ret = -EINTR;
7283                                 break;
7284                         }
7285                         tries = 0;
7286                 } else if (++tries == 5) {
7287                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7288                         break;
7289                 }
7290
7291                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7292                                                         &cc->migratepages);
7293                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7294
7295                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7296                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7297         }
7298         if (ret < 0) {
7299                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7300                 return ret;
7301         }
7302         return 0;
7303 }
7304
7305 /**
7306  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7307  * @start:      start PFN to allocate
7308  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7309  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7310  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7311  *                      in range must have the same migratetype and it must
7312  *                      be either of the two.
7313  *
7314  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7315  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7316  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7317  * pages fall in.
7318  *
7319  * The PFN range must belong to a single zone.
7320  *
7321  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7322  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7323  * need to be freed with free_contig_range().
7324  */
7325 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7326                        unsigned migratetype)
7327 {
7328         unsigned long outer_start, outer_end;
7329         unsigned int order;
7330         int ret = 0;
7331
7332         struct compact_control cc = {
7333                 .nr_migratepages = 0,
7334                 .order = -1,
7335                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7336                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7337                 .ignore_skip_hint = true,
7338         };
7339         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7340
7341         /*
7342          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7343          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7344          * have different sizes, and due to the way page allocator
7345          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7346          * that page allocator won't try to merge buddies from
7347          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7348          * other migration type.
7349          *
7350          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7351          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7352          * we are interested in).  This will put all the pages in
7353          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7354          *
7355          * When this is done, we take the pages in range from page
7356          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7357          * page allocator will never consider using them.
7358          *
7359          * This lets us mark the pageblocks back as
7360          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7361          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7362          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7363          */
7364
7365         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7366                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7367                                        false);
7368         if (ret)
7369                 return ret;
7370
7371         /*
7372          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7373          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7374          */
7375         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7376         if (ret && ret != -EBUSY)
7377                 goto done;
7378
7379         /*
7380          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7381          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7382          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7383          * What we are going to do is to allocate all pages from
7384          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7385          *
7386          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7387          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7388          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7389          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7390          * once this is done free the pages we are not interested in.
7391          *
7392          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7393          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7394          */
7395
7396         lru_add_drain_all();
7397         drain_all_pages(cc.zone);
7398
7399         order = 0;
7400         outer_start = start;
7401         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7402                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7403                         outer_start = start;
7404                         break;
7405                 }
7406                 outer_start &= ~0UL << order;
7407         }
7408
7409         if (outer_start != start) {
7410                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7411
7412                 /*
7413                  * outer_start page could be small order buddy page and
7414                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7415                  * in this case to report failed page properly
7416                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7417                  */
7418                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7419                         outer_start = start;
7420         }
7421
7422         /* Make sure the range is really isolated. */
7423         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7424                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7425                         __func__, outer_start, end);
7426                 ret = -EBUSY;
7427                 goto done;
7428         }
7429
7430         /* Grab isolated pages from freelists. */
7431         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7432         if (!outer_end) {
7433                 ret = -EBUSY;
7434                 goto done;
7435         }
7436
7437         /* Free head and tail (if any) */
7438         if (start != outer_start)
7439                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7440         if (end != outer_end)
7441                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7442
7443 done:
7444         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7445                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7446         return ret;
7447 }
7448
7449 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7450 {
7451         unsigned int count = 0;
7452
7453         for (; nr_pages--; pfn++) {
7454                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7455
7456                 count += page_count(page) != 1;
7457                 __free_page(page);
7458         }
7459         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7460 }
7461 #endif
7462
7463 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7464 /*
7465  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7466  * page high values need to be recalulated.
7467  */
7468 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7469 {
7470         unsigned cpu;
7471         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7472         for_each_possible_cpu(cpu)
7473                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7474                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7475         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7476 }
7477 #endif
7478
7479 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7480 {
7481         unsigned long flags;
7482         int cpu;
7483         struct per_cpu_pageset *pset;
7484
7485         /* avoid races with drain_pages()  */
7486         local_irq_save(flags);
7487         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7488                 for_each_online_cpu(cpu) {
7489                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7490                         drain_zonestat(zone, pset);
7491                 }
7492                 free_percpu(zone->pageset);
7493                 zone->pageset = &boot_pageset;
7494         }
7495         local_irq_restore(flags);
7496 }
7497
7498 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7499 /*
7500  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7501  * before calling this.
7502  */
7503 void
7504 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7505 {
7506         struct page *page;
7507         struct zone *zone;
7508         unsigned int order, i;
7509         unsigned long pfn;
7510         unsigned long flags;
7511         /* find the first valid pfn */
7512         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7513                 if (pfn_valid(pfn))
7514                         break;
7515         if (pfn == end_pfn)
7516                 return;
7517         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7518         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7519         pfn = start_pfn;
7520         while (pfn < end_pfn) {
7521                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7522                         pfn++;
7523                         continue;
7524                 }
7525                 page = pfn_to_page(pfn);
7526                 /*
7527                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7528                  * page_count() is not 0.
7529                  */
7530                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7531                         pfn++;
7532                         SetPageReserved(page);
7533                         continue;
7534                 }
7535
7536                 BUG_ON(page_count(page));
7537                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7538                 order = page_order(page);
7539 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7540                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7541                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7542 #endif
7543                 list_del(&page->lru);
7544                 rmv_page_order(page);
7545                 zone->free_area[order].nr_free--;
7546                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7547                         SetPageReserved((page+i));
7548                 pfn += (1 << order);
7549         }
7550         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7551 }
7552 #endif
7553
7554 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7555 {
7556         struct zone *zone = page_zone(page);
7557         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7558         unsigned long flags;
7559         unsigned int order;
7560
7561         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7562         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7563                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7564
7565                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7566                         break;
7567         }
7568         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7569
7570         return order < MAX_ORDER;
7571 }