mm/page_alloc.c

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