Merge remote-tracking branch 'lsk/v3.10/topic/clk-divider' into linux-linaro-lsk
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_cgroup.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <linux/ftrace_event.h>
57 #include <linux/memcontrol.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page-debug-flags.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63
64 #include <asm/tlbflush.h>
65 #include <asm/div64.h>
66 #include "internal.h"
67
68 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
69 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
70 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
71 #endif
72
73 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
74 /*
75  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
76  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
77  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
78  * defined in <linux/topology.h>.
79  */
80 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
81 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
82 #endif
83
84 /*
85  * Array of node states.
86  */
87 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
88         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
89         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
90 #ifndef CONFIG_NUMA
91         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
92 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
93         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
94 #endif
95 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
96         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
97 #endif
98         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
99 #endif  /* NUMA */
100 };
101 EXPORT_SYMBOL(node_states);
102
103 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
104 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
105 /*
106  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
107  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
108  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
109  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
110  */
111 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
112
113 int percpu_pagelist_fraction;
114 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
115
116 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
117 /*
118  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
119  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
120  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
121  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
122  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
123  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
124  */
125
126 static gfp_t saved_gfp_mask;
127
128 void pm_restore_gfp_mask(void)
129 {
130         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
131         if (saved_gfp_mask) {
132                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
133                 saved_gfp_mask = 0;
134         }
135 }
136
137 void pm_restrict_gfp_mask(void)
138 {
139         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
140         WARN_ON(saved_gfp_mask);
141         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
142         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
143 }
144
145 bool pm_suspended_storage(void)
146 {
147         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
148                 return false;
149         return true;
150 }
151 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
152
153 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
154 int pageblock_order __read_mostly;
155 #endif
156
157 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
158
159 /*
160  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
161  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
162  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
163  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
164  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
165  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
166  *
167  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
168  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
169  */
170 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
171 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
172          256,
173 #endif
174 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
175          256,
176 #endif
177 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
178          32,
179 #endif
180          32,
181 };
182
183 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
184
185 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
186 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
187          "DMA",
188 #endif
189 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
190          "DMA32",
191 #endif
192          "Normal",
193 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
194          "HighMem",
195 #endif
196          "Movable",
197 };
198
199 int min_free_kbytes = 1024;
200
201 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
202 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
203 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
204
205 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
206 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
207 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
208 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
209 static unsigned long __initdata required_movablecore;
210 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
211
212 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
213 int movable_zone;
214 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
215 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
216
217 #if MAX_NUMNODES > 1
218 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
219 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
220 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
221 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
222 #endif
223
224 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
225
226 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
227 {
228
229         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled))
230                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
231
232         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
233                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
234 }
235
236 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
237
238 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
239 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
240 {
241         int ret = 0;
242         unsigned seq;
243         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
244         unsigned long sp, start_pfn;
245
246         do {
247                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
248                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
249                 sp = zone->spanned_pages;
250                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
251                         ret = 1;
252         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
253
254         if (ret)
255                 pr_err("page %lu outside zone [ %lu - %lu ]\n",
256                         pfn, start_pfn, start_pfn + sp);
257
258         return ret;
259 }
260
261 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
262 {
263         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
264                 return 0;
265         if (zone != page_zone(page))
266                 return 0;
267
268         return 1;
269 }
270 /*
271  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
272  */
273 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
274 {
275         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
276                 return 1;
277         if (!page_is_consistent(zone, page))
278                 return 1;
279
280         return 0;
281 }
282 #else
283 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
284 {
285         return 0;
286 }
287 #endif
288
289 static void bad_page(struct page *page)
290 {
291         static unsigned long resume;
292         static unsigned long nr_shown;
293         static unsigned long nr_unshown;
294
295         /* Don't complain about poisoned pages */
296         if (PageHWPoison(page)) {
297                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
298                 return;
299         }
300
301         /*
302          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
303          * or allow a steady drip of one report per second.
304          */
305         if (nr_shown == 60) {
306                 if (time_before(jiffies, resume)) {
307                         nr_unshown++;
308                         goto out;
309                 }
310                 if (nr_unshown) {
311                         printk(KERN_ALERT
312                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
313                                 nr_unshown);
314                         nr_unshown = 0;
315                 }
316                 nr_shown = 0;
317         }
318         if (nr_shown++ == 0)
319                 resume = jiffies + 60 * HZ;
320
321         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
322                 current->comm, page_to_pfn(page));
323         dump_page(page);
324
325         print_modules();
326         dump_stack();
327 out:
328         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
329         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
330         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
331 }
332
333 /*
334  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
335  *
336  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
337  *
338  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
339  *
340  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
341  * pointing at the head page.
342  *
343  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
344  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
345  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
346  */
347
348 static void free_compound_page(struct page *page)
349 {
350         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
351 }
352
353 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
354 {
355         int i;
356         int nr_pages = 1 << order;
357
358         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
359         set_compound_order(page, order);
360         __SetPageHead(page);
361         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
362                 struct page *p = page + i;
363                 set_page_count(p, 0);
364                 p->first_page = page;
365                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
366                 smp_wmb();
367                 __SetPageTail(p);
368         }
369 }
370
371 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
372 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
373 {
374         int i;
375         int nr_pages = 1 << order;
376         int bad = 0;
377
378         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
379                 bad_page(page);
380                 bad++;
381         }
382
383         __ClearPageHead(page);
384
385         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
386                 struct page *p = page + i;
387
388                 if (unlikely(!PageTail(p) || (p->first_page != page))) {
389                         bad_page(page);
390                         bad++;
391                 }
392                 __ClearPageTail(p);
393         }
394
395         return bad;
396 }
397
398 static inline void prep_zero_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
399 {
400         int i;
401
402         /*
403          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
404          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
405          */
406         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
407         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
408                 clear_highpage(page + i);
409 }
410
411 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
412 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
413
414 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
415 {
416         unsigned long res;
417
418         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
419                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
420                 return 0;
421         }
422         _debug_guardpage_minorder = res;
423         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
424         return 0;
425 }
426 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
427
428 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
429 {
430         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
431 }
432
433 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
434 {
435         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
436 }
437 #else
438 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
439 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
440 #endif
441
442 static inline void set_page_order(struct page *page, int order)
443 {
444         set_page_private(page, order);
445         __SetPageBuddy(page);
446 }
447
448 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
449 {
450         __ClearPageBuddy(page);
451         set_page_private(page, 0);
452 }
453
454 /*
455  * Locate the struct page for both the matching buddy in our
456  * pair (buddy1) and the combined O(n+1) page they form (page).
457  *
458  * 1) Any buddy B1 will have an order O twin B2 which satisfies
459  * the following equation:
460  *     B2 = B1 ^ (1 << O)
461  * For example, if the starting buddy (buddy2) is #8 its order
462  * 1 buddy is #10:
463  *     B2 = 8 ^ (1 << 1) = 8 ^ 2 = 10
464  *
465  * 2) Any buddy B will have an order O+1 parent P which
466  * satisfies the following equation:
467  *     P = B & ~(1 << O)
468  *
469  * Assumption: *_mem_map is contiguous at least up to MAX_ORDER
470  */
471 static inline unsigned long
472 __find_buddy_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)
473 {
474         return page_idx ^ (1 << order);
475 }
476
477 /*
478  * This function checks whether a page is free && is the buddy
479  * we can do coalesce a page and its buddy if
480  * (a) the buddy is not in a hole &&
481  * (b) the buddy is in the buddy system &&
482  * (c) a page and its buddy have the same order &&
483  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
484  *
485  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount -2.
486  * Setting, clearing, and testing _mapcount -2 is serialized by zone->lock.
487  *
488  * For recording page's order, we use page_private(page).
489  */
490 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
491                                                                 int order)
492 {
493         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
494                 return 0;
495
496         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
497                 return 0;
498
499         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
500                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
501                 return 1;
502         }
503
504         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
505                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
506                 return 1;
507         }
508         return 0;
509 }
510
511 /*
512  * Freeing function for a buddy system allocator.
513  *
514  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
515  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
516  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
517  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
518  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
519  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
520  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
521  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
522  * parts of the VM system.
523  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
524  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount -2. Page's
525  * order is recorded in page_private(page) field.
526  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
527  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
528  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
529  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
530  * triggers coalescing into a block of larger size.
531  *
532  * -- nyc
533  */
534
535 static inline void __free_one_page(struct page *page,
536                 struct zone *zone, unsigned int order,
537                 int migratetype)
538 {
539         unsigned long page_idx;
540         unsigned long combined_idx;
541         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
542         struct page *buddy;
543
544         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
545
546         if (unlikely(PageCompound(page)))
547                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
548                         return;
549
550         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
551
552         page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
553
554         VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));
555         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
556
557         while (order < MAX_ORDER-1) {
558                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
559                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
560                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
561                         break;
562                 /*
563                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
564                  * merge with it and move up one order.
565                  */
566                 if (page_is_guard(buddy)) {
567                         clear_page_guard_flag(buddy);
568                         set_page_private(page, 0);
569                         __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
570                                                   migratetype);
571                 } else {
572                         list_del(&buddy->lru);
573                         zone->free_area[order].nr_free--;
574                         rmv_page_order(buddy);
575                 }
576                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
577                 page = page + (combined_idx - page_idx);
578                 page_idx = combined_idx;
579                 order++;
580         }
581         set_page_order(page, order);
582
583         /*
584          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
585          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
586          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
587          * that is happening, add the free page to the tail of the list
588          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
589          * as a higher order page
590          */
591         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
592                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
593                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
594                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
595                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
596                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
597                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
598                         list_add_tail(&page->lru,
599                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
600                         goto out;
601                 }
602         }
603
604         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
605 out:
606         zone->free_area[order].nr_free++;
607 }
608
609 static inline int free_pages_check(struct page *page)
610 {
611         if (unlikely(page_mapcount(page) |
612                 (page->mapping != NULL)  |
613                 (atomic_read(&page->_count) != 0) |
614                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE) |
615                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
616                 bad_page(page);
617                 return 1;
618         }
619         page_nid_reset_last(page);
620         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
621                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
622         return 0;
623 }
624
625 /*
626  * Frees a number of pages from the PCP lists
627  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
628  * count is the number of pages to free.
629  *
630  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
631  * see if this freeing clears that state.
632  *
633  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
634  * pinned" detection logic.
635  */
636 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
637                                         struct per_cpu_pages *pcp)
638 {
639         int migratetype = 0;
640         int batch_free = 0;
641         int to_free = count;
642
643         spin_lock(&zone->lock);
644         zone->all_unreclaimable = 0;
645         zone->pages_scanned = 0;
646
647         while (to_free) {
648                 struct page *page;
649                 struct list_head *list;
650
651                 /*
652                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
653                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
654                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
655                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
656                  * lists
657                  */
658                 do {
659                         batch_free++;
660                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
661                                 migratetype = 0;
662                         list = &pcp->lists[migratetype];
663                 } while (list_empty(list));
664
665                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
666                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
667                         batch_free = to_free;
668
669                 do {
670                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
671
672                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
673                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
674                         list_del(&page->lru);
675                         mt = get_freepage_migratetype(page);
676                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
677                         __free_one_page(page, zone, 0, mt);
678                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
679                         if (likely(!is_migrate_isolate_page(page))) {
680                                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1);
681                                 if (is_migrate_cma(mt))
682                                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, 1);
683                         }
684                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
685         }
686         spin_unlock(&zone->lock);
687 }
688
689 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,
690                                 int migratetype)
691 {
692         spin_lock(&zone->lock);
693         zone->all_unreclaimable = 0;
694         zone->pages_scanned = 0;
695
696         __free_one_page(page, zone, order, migratetype);
697         if (unlikely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
698                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
699         spin_unlock(&zone->lock);
700 }
701
702 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
703 {
704         int i;
705         int bad = 0;
706
707         trace_mm_page_free(page, order);
708         kmemcheck_free_shadow(page, order);
709
710         if (PageAnon(page))
711                 page->mapping = NULL;
712         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
713                 bad += free_pages_check(page + i);
714         if (bad)
715                 return false;
716
717         if (!PageHighMem(page)) {
718                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),PAGE_SIZE<<order);
719                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
720                                            PAGE_SIZE << order);
721         }
722         arch_free_page(page, order);
723         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
724
725         return true;
726 }
727
728 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
729 {
730         unsigned long flags;
731         int migratetype;
732
733         if (!free_pages_prepare(page, order))
734                 return;
735
736         local_irq_save(flags);
737         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
738         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
739         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
740         free_one_page(page_zone(page), page, order, migratetype);
741         local_irq_restore(flags);
742 }
743
744 /*
745  * Read access to zone->managed_pages is safe because it's unsigned long,
746  * but we still need to serialize writers. Currently all callers of
747  * __free_pages_bootmem() except put_page_bootmem() should only be used
748  * at boot time. So for shorter boot time, we shift the burden to
749  * put_page_bootmem() to serialize writers.
750  */
751 void __meminit __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
752 {
753         unsigned int nr_pages = 1 << order;
754         unsigned int loop;
755
756         prefetchw(page);
757         for (loop = 0; loop < nr_pages; loop++) {
758                 struct page *p = &page[loop];
759
760                 if (loop + 1 < nr_pages)
761                         prefetchw(p + 1);
762                 __ClearPageReserved(p);
763                 set_page_count(p, 0);
764         }
765
766         page_zone(page)->managed_pages += 1 << order;
767         set_page_refcounted(page);
768         __free_pages(page, order);
769 }
770
771 #ifdef CONFIG_CMA
772 /* Free whole pageblock and set it's migration type to MIGRATE_CMA. */
773 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
774 {
775         unsigned i = pageblock_nr_pages;
776         struct page *p = page;
777
778         do {
779                 __ClearPageReserved(p);
780                 set_page_count(p, 0);
781         } while (++p, --i);
782
783         set_page_refcounted(page);
784         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
785         __free_pages(page, pageblock_order);
786         totalram_pages += pageblock_nr_pages;
787 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
788         if (PageHighMem(page))
789                 totalhigh_pages += pageblock_nr_pages;
790 #endif
791 }
792 #endif
793
794 /*
795  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
796  * Please do not alter this order without good reasons and regression
797  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
798  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
799  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
800  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
801  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
802  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
803  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
804  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
805  *
806  * -- nyc
807  */
808 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
809         int low, int high, struct free_area *area,
810         int migratetype)
811 {
812         unsigned long size = 1 << high;
813
814         while (high > low) {
815                 area--;
816                 high--;
817                 size >>= 1;
818                 VM_BUG_ON(bad_range(zone, &page[size]));
819
820 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
821                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
822                         /*
823                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
824                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
825                          * Corresponding page table entries will not be touched,
826                          * pages will stay not present in virtual address space
827                          */
828                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
829                         set_page_guard_flag(&page[size]);
830                         set_page_private(&page[size], high);
831                         /* Guard pages are not available for any usage */
832                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
833                                                   migratetype);
834                         continue;
835                 }
836 #endif
837                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
838                 area->nr_free++;
839                 set_page_order(&page[size], high);
840         }
841 }
842
843 /*
844  * This page is about to be returned from the page allocator
845  */
846 static inline int check_new_page(struct page *page)
847 {
848         if (unlikely(page_mapcount(page) |
849                 (page->mapping != NULL)  |
850                 (atomic_read(&page->_count) != 0)  |
851                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP) |
852                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
853                 bad_page(page);
854                 return 1;
855         }
856         return 0;
857 }
858
859 static int prep_new_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
860 {
861         int i;
862
863         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
864                 struct page *p = page + i;
865                 if (unlikely(check_new_page(p)))
866                         return 1;
867         }
868
869         set_page_private(page, 0);
870         set_page_refcounted(page);
871
872         arch_alloc_page(page, order);
873         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
874
875         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
876                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
877
878         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
879                 prep_compound_page(page, order);
880
881         return 0;
882 }
883
884 /*
885  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
886  * the smallest available page from the freelists
887  */
888 static inline
889 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
890                                                 int migratetype)
891 {
892         unsigned int current_order;
893         struct free_area * area;
894         struct page *page;
895
896         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
897         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
898                 area = &(zone->free_area[current_order]);
899                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
900                         continue;
901
902                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
903                                                         struct page, lru);
904                 list_del(&page->lru);
905                 rmv_page_order(page);
906                 area->nr_free--;
907                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
908                 return page;
909         }
910
911         return NULL;
912 }
913
914
915 /*
916  * This array describes the order lists are fallen back to when
917  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
918  */
919 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
920         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
921         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
922 #ifdef CONFIG_CMA
923         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
924         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
925 #else
926         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
927 #endif
928         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
929 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
930         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
931 #endif
932 };
933
934 /*
935  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
936  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
937  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
938  */
939 int move_freepages(struct zone *zone,
940                           struct page *start_page, struct page *end_page,
941                           int migratetype)
942 {
943         struct page *page;
944         unsigned long order;
945         int pages_moved = 0;
946
947 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
948         /*
949          * page_zone is not safe to call in this context when
950          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
951          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
952          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
953          * grouping pages by mobility
954          */
955         BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
956 #endif
957
958         for (page = start_page; page <= end_page;) {
959                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
960                 VM_BUG_ON(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone));
961
962                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
963                         page++;
964                         continue;
965                 }
966
967                 if (!PageBuddy(page)) {
968                         page++;
969                         continue;
970                 }
971
972                 order = page_order(page);
973                 list_move(&page->lru,
974                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
975                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
976                 page += 1 << order;
977                 pages_moved += 1 << order;
978         }
979
980         return pages_moved;
981 }
982
983 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
984                                 int migratetype)
985 {
986         unsigned long start_pfn, end_pfn;
987         struct page *start_page, *end_page;
988
989         start_pfn = page_to_pfn(page);
990         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
991         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
992         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
993         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
994
995         /* Do not cross zone boundaries */
996         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
997                 start_page = page;
998         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
999                 return 0;
1000
1001         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1002 }
1003
1004 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1005                                         int start_order, int migratetype)
1006 {
1007         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1008
1009         while (nr_pageblocks--) {
1010                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1011                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1012         }
1013 }
1014
1015 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1016 static inline struct page *
1017 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
1018 {
1019         struct free_area * area;
1020         int current_order;
1021         struct page *page;
1022         int migratetype, i;
1023
1024         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1025         for (current_order = MAX_ORDER-1; current_order >= order;
1026                                                 --current_order) {
1027                 for (i = 0;; i++) {
1028                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1029
1030                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1031                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1032                                 break;
1033
1034                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1035                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1036                                 continue;
1037
1038                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1039                                         struct page, lru);
1040                         area->nr_free--;
1041
1042                         /*
1043                          * If breaking a large block of pages, move all free
1044                          * pages to the preferred allocation list. If falling
1045                          * back for a reclaimable kernel allocation, be more
1046                          * aggressive about taking ownership of free pages
1047                          *
1048                          * On the other hand, never change migration
1049                          * type of MIGRATE_CMA pageblocks nor move CMA
1050                          * pages on different free lists. We don't
1051                          * want unmovable pages to be allocated from
1052                          * MIGRATE_CMA areas.
1053                          */
1054                         if (!is_migrate_cma(migratetype) &&
1055                             (unlikely(current_order >= pageblock_order / 2) ||
1056                              start_migratetype == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1057                              page_group_by_mobility_disabled)) {
1058                                 int pages;
1059                                 pages = move_freepages_block(zone, page,
1060                                                                 start_migratetype);
1061
1062                                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1063                                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1064                                                 page_group_by_mobility_disabled)
1065                                         set_pageblock_migratetype(page,
1066                                                                 start_migratetype);
1067
1068                                 migratetype = start_migratetype;
1069                         }
1070
1071                         /* Remove the page from the freelists */
1072                         list_del(&page->lru);
1073                         rmv_page_order(page);
1074
1075                         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1076                         if (current_order >= pageblock_order &&
1077                             !is_migrate_cma(migratetype))
1078                                 change_pageblock_range(page, current_order,
1079                                                         start_migratetype);
1080
1081                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1082                                is_migrate_cma(migratetype)
1083                              ? migratetype : start_migratetype);
1084
1085                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1086                                 start_migratetype, migratetype);
1087
1088                         return page;
1089                 }
1090         }
1091
1092         return NULL;
1093 }
1094
1095 /*
1096  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1097  * Call me with the zone->lock already held.
1098  */
1099 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1100                                                 int migratetype)
1101 {
1102         struct page *page;
1103
1104 retry_reserve:
1105         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1106
1107         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1108                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1109
1110                 /*
1111                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1112                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1113                  * and we want just one call site
1114                  */
1115                 if (!page) {
1116                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1117                         goto retry_reserve;
1118                 }
1119         }
1120
1121         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1122         return page;
1123 }
1124
1125 /*
1126  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1127  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1128  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1129  */
1130 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1131                         unsigned long count, struct list_head *list,
1132                         int migratetype, int cold)
1133 {
1134         int mt = migratetype, i;
1135
1136         spin_lock(&zone->lock);
1137         for (i = 0; i < count; ++i) {
1138                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1139                 if (unlikely(page == NULL))
1140                         break;
1141
1142                 /*
1143                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1144                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1145                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1146                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1147                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1148                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1149                  * properly.
1150                  */
1151                 if (likely(cold == 0))
1152                         list_add(&page->lru, list);
1153                 else
1154                         list_add_tail(&page->lru, list);
1155                 if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
1156                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1157                         if (!is_migrate_cma(mt) && !is_migrate_isolate(mt))
1158                                 mt = migratetype;
1159                 }
1160                 set_freepage_migratetype(page, mt);
1161                 list = &page->lru;
1162                 if (is_migrate_cma(mt))
1163                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1164                                               -(1 << order));
1165         }
1166         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1167         spin_unlock(&zone->lock);
1168         return i;
1169 }
1170
1171 #ifdef CONFIG_NUMA
1172 /*
1173  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1174  * currently executing processor on remote nodes after they have
1175  * expired.
1176  *
1177  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1178  * a single processor.
1179  */
1180 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1181 {
1182         unsigned long flags;
1183         int to_drain;
1184
1185         local_irq_save(flags);
1186         if (pcp->count >= pcp->batch)
1187                 to_drain = pcp->batch;
1188         else
1189                 to_drain = pcp->count;
1190         if (to_drain > 0) {
1191                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1192                 pcp->count -= to_drain;
1193         }
1194         local_irq_restore(flags);
1195 }
1196 #endif
1197
1198 /*
1199  * Drain pages of the indicated processor.
1200  *
1201  * The processor must either be the current processor and the
1202  * thread pinned to the current processor or a processor that
1203  * is not online.
1204  */
1205 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1206 {
1207         unsigned long flags;
1208         struct zone *zone;
1209
1210         for_each_populated_zone(zone) {
1211                 struct per_cpu_pageset *pset;
1212                 struct per_cpu_pages *pcp;
1213
1214                 local_irq_save(flags);
1215                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1216
1217                 pcp = &pset->pcp;
1218                 if (pcp->count) {
1219                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1220                         pcp->count = 0;
1221                 }
1222                 local_irq_restore(flags);
1223         }
1224 }
1225
1226 /*
1227  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1228  */
1229 void drain_local_pages(void *arg)
1230 {
1231         drain_pages(smp_processor_id());
1232 }
1233
1234 /*
1235  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1236  *
1237  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1238  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1239  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1240  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1241  * before the call to on_each_cpu_mask().
1242  */
1243 void drain_all_pages(void)
1244 {
1245         int cpu;
1246         struct per_cpu_pageset *pcp;
1247         struct zone *zone;
1248
1249         /*
1250          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1251          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1252          */
1253         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1254
1255         /*
1256          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1257          * as offline notification will cause the notified
1258          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1259          * disables preemption as part of its processing
1260          */
1261         for_each_online_cpu(cpu) {
1262                 bool has_pcps = false;
1263                 for_each_populated_zone(zone) {
1264                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1265                         if (pcp->pcp.count) {
1266                                 has_pcps = true;
1267                                 break;
1268                         }
1269                 }
1270                 if (has_pcps)
1271                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1272                 else
1273                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1274         }
1275         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, drain_local_pages, NULL, 1);
1276 }
1277
1278 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1279
1280 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1281 {
1282         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1283         unsigned long flags;
1284         int order, t;
1285         struct list_head *curr;
1286
1287         if (!zone->spanned_pages)
1288                 return;
1289
1290         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1291
1292         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1293         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1294                 if (pfn_valid(pfn)) {
1295                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1296
1297                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1298                                 swsusp_unset_page_free(page);
1299                 }
1300
1301         for_each_migratetype_order(order, t) {
1302                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1303                         unsigned long i;
1304
1305                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1306                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1307                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1308                 }
1309         }
1310         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1311 }
1312 #endif /* CONFIG_PM */
1313
1314 /*
1315  * Free a 0-order page
1316  * cold == 1 ? free a cold page : free a hot page
1317  */
1318 void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)
1319 {
1320         struct zone *zone = page_zone(page);
1321         struct per_cpu_pages *pcp;
1322         unsigned long flags;
1323         int migratetype;
1324
1325         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1326                 return;
1327
1328         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
1329         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1330         local_irq_save(flags);
1331         __count_vm_event(PGFREE);
1332
1333         /*
1334          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1335          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1336          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1337          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1338          * excessively into the page allocator
1339          */
1340         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1341                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1342                         free_one_page(zone, page, 0, migratetype);
1343                         goto out;
1344                 }
1345                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1346         }
1347
1348         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1349         if (cold)
1350                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1351         else
1352                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1353         pcp->count++;
1354         if (pcp->count >= pcp->high) {
1355                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->batch, pcp);
1356                 pcp->count -= pcp->batch;
1357         }
1358
1359 out:
1360         local_irq_restore(flags);
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Free a list of 0-order pages
1365  */
1366 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, int cold)
1367 {
1368         struct page *page, *next;
1369
1370         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1371                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1372                 free_hot_cold_page(page, cold);
1373         }
1374 }
1375
1376 /*
1377  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1378  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1379  * Each sub-page must be freed individually.
1380  *
1381  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1382  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1383  */
1384 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1385 {
1386         int i;
1387
1388         VM_BUG_ON(PageCompound(page));
1389         VM_BUG_ON(!page_count(page));
1390
1391 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1392         /*
1393          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1394          * otherwise free the whole shadow.
1395          */
1396         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1397                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1398 #endif
1399
1400         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1401                 set_page_refcounted(page + i);
1402 }
1403 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1404
1405 static int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1406 {
1407         unsigned long watermark;
1408         struct zone *zone;
1409         int mt;
1410
1411         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1412
1413         zone = page_zone(page);
1414         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1415
1416         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1417                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1418                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1419                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1420                         return 0;
1421
1422                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1423         }
1424
1425         /* Remove page from free list */
1426         list_del(&page->lru);
1427         zone->free_area[order].nr_free--;
1428         rmv_page_order(page);
1429
1430         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1431         if (order >= pageblock_order - 1) {
1432                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1433                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1434                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1435                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1436                                 set_pageblock_migratetype(page,
1437                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1438                 }
1439         }
1440
1441         return 1UL << order;
1442 }
1443
1444 /*
1445  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1446  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1447  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1448  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1449  * are enabled.
1450  *
1451  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1452  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1453  */
1454 int split_free_page(struct page *page)
1455 {
1456         unsigned int order;
1457         int nr_pages;
1458
1459         order = page_order(page);
1460
1461         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1462         if (!nr_pages)
1463                 return 0;
1464
1465         /* Split into individual pages */
1466         set_page_refcounted(page);
1467         split_page(page, order);
1468         return nr_pages;
1469 }
1470
1471 /*
1472  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1473  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1474  * or two.
1475  */
1476 static inline
1477 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1478                         struct zone *zone, int order, gfp_t gfp_flags,
1479                         int migratetype)
1480 {
1481         unsigned long flags;
1482         struct page *page;
1483         int cold = !!(gfp_flags & __GFP_COLD);
1484
1485 again:
1486         if (likely(order == 0)) {
1487                 struct per_cpu_pages *pcp;
1488                 struct list_head *list;
1489
1490                 local_irq_save(flags);
1491                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1492                 list = &pcp->lists[migratetype];
1493                 if (list_empty(list)) {
1494                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1495                                         pcp->batch, list,
1496                                         migratetype, cold);
1497                         if (unlikely(list_empty(list)))
1498                                 goto failed;
1499                 }
1500
1501                 if (cold)
1502                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1503                 else
1504                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1505
1506                 list_del(&page->lru);
1507                 pcp->count--;
1508         } else {
1509                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1510                         /*
1511                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1512                          *
1513                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1514                          * properly detect and handle allocation failures.
1515                          *
1516                          * We most definitely don't want callers attempting to
1517                          * allocate greater than order-1 page units with
1518                          * __GFP_NOFAIL.
1519                          */
1520                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1521                 }
1522                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1523                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1524                 spin_unlock(&zone->lock);
1525                 if (!page)
1526                         goto failed;
1527                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1528                                           get_pageblock_migratetype(page));
1529         }
1530
1531         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1532         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1533         local_irq_restore(flags);
1534
1535         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
1536         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1537                 goto again;
1538         return page;
1539
1540 failed:
1541         local_irq_restore(flags);
1542         return NULL;
1543 }
1544
1545 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1546
1547 static struct {
1548         struct fault_attr attr;
1549
1550         u32 ignore_gfp_highmem;
1551         u32 ignore_gfp_wait;
1552         u32 min_order;
1553 } fail_page_alloc = {
1554         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1555         .ignore_gfp_wait = 1,
1556         .ignore_gfp_highmem = 1,
1557         .min_order = 1,
1558 };
1559
1560 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1561 {
1562         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1563 }
1564 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1565
1566 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1567 {
1568         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1569                 return false;
1570         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1571                 return false;
1572         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1573                 return false;
1574         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1575                 return false;
1576
1577         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1578 }
1579
1580 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1581
1582 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1583 {
1584         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1585         struct dentry *dir;
1586
1587         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1588                                         &fail_page_alloc.attr);
1589         if (IS_ERR(dir))
1590                 return PTR_ERR(dir);
1591
1592         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1593                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1594                 goto fail;
1595         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1596                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1597                 goto fail;
1598         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1599                                 &fail_page_alloc.min_order))
1600                 goto fail;
1601
1602         return 0;
1603 fail:
1604         debugfs_remove_recursive(dir);
1605
1606         return -ENOMEM;
1607 }
1608
1609 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1610
1611 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1612
1613 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1614
1615 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1616 {
1617         return false;
1618 }
1619
1620 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1621
1622 /*
1623  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1624  * of the allocation.
1625  */
1626 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1627                       int classzone_idx, int alloc_flags, long free_pages)
1628 {
1629         /* free_pages my go negative - that's OK */
1630         long min = mark;
1631         long lowmem_reserve = z->lowmem_reserve[classzone_idx];
1632         int o;
1633         long free_cma = 0;
1634
1635         free_pages -= (1 << order) - 1;
1636         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1637                 min -= min / 2;
1638         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1639                 min -= min / 4;
1640 #ifdef CONFIG_CMA
1641         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1642         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1643                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1644 #endif
1645
1646         if (free_pages - free_cma <= min + lowmem_reserve)
1647                 return false;
1648         for (o = 0; o < order; o++) {
1649                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1650                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1651
1652                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1653                 min >>= 1;
1654
1655                 if (free_pages <= min)
1656                         return false;
1657         }
1658         return true;
1659 }
1660
1661 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1662                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1663 {
1664         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1665                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1666 }
1667
1668 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1669                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1670 {
1671         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1672
1673         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1674                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1675
1676         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1677                                                                 free_pages);
1678 }
1679
1680 #ifdef CONFIG_NUMA
1681 /*
1682  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1683  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1684  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1685  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1686  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1687  *
1688  * If the zonelist cache is present in the passed in zonelist, then
1689  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1690  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1691  *
1692  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1693  * nothing and returns NULL.
1694  *
1695  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1696  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1697  *
1698  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1699  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1700  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1701  * quickly as we can.
1702  */
1703 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1704 {
1705         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1706         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1707
1708         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1709         if (!zlc)
1710                 return NULL;
1711
1712         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1713                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1714                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1715         }
1716
1717         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1718                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1719                                         &node_states[N_MEMORY];
1720         return allowednodes;
1721 }
1722
1723 /*
1724  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1725  * if it is worth looking at further for free memory:
1726  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1727  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1728  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1729  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1730  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1731  * else return false (zero) if it is not.
1732  *
1733  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1734  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1735  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1736  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1737  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1738  * into the second scan of the zonelist.
1739  *
1740  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1741  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1742  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1743  * unturned looking for a free page.
1744  */
1745 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1746                                                 nodemask_t *allowednodes)
1747 {
1748         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1749         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1750         int n;                          /* node that zone *z is on */
1751
1752         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1753         if (!zlc)
1754                 return 1;
1755
1756         i = z - zonelist->_zonerefs;
1757         n = zlc->z_to_n[i];
1758
1759         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1760         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1761 }
1762
1763 /*
1764  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1765  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1766  * from that zone don't waste time re-examining it.
1767  */
1768 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1769 {
1770         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1771         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1772
1773         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1774         if (!zlc)
1775                 return;
1776
1777         i = z - zonelist->_zonerefs;
1778
1779         set_bit(i, zlc->fullzones);
1780 }
1781
1782 /*
1783  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1784  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1785  */
1786 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1787 {
1788         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1789
1790         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1791         if (!zlc)
1792                 return;
1793
1794         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1795 }
1796
1797 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1798 {
1799         return node_isset(local_zone->node, zone->zone_pgdat->reclaim_nodes);
1800 }
1801
1802 static void __paginginit init_zone_allows_reclaim(int nid)
1803 {
1804         int i;
1805
1806         for_each_online_node(i)
1807                 if (node_distance(nid, i) <= RECLAIM_DISTANCE)
1808                         node_set(i, NODE_DATA(nid)->reclaim_nodes);
1809                 else
1810                         zone_reclaim_mode = 1;
1811 }
1812
1813 #else   /* CONFIG_NUMA */
1814
1815 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1816 {
1817         return NULL;
1818 }
1819
1820 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1821                                 nodemask_t *allowednodes)
1822 {
1823         return 1;
1824 }
1825
1826 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1827 {
1828 }
1829
1830 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1831 {
1832 }
1833
1834 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1835 {
1836         return true;
1837 }
1838
1839 static inline void init_zone_allows_reclaim(int nid)
1840 {
1841 }
1842 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1843
1844 /*
1845  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1846  * a page.
1847  */
1848 static struct page *
1849 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1850                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1851                 struct zone *preferred_zone, int migratetype)
1852 {
1853         struct zoneref *z;
1854         struct page *page = NULL;
1855         int classzone_idx;
1856         struct zone *zone;
1857         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1858         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1859         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1860
1861         classzone_idx = zone_idx(preferred_zone);
1862 zonelist_scan:
1863         /*
1864          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1865          * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
1866          */
1867         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1868                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1869                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1870                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1871                                 continue;
1872                 if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1873                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1874                                 continue;
1875                 /*
1876                  * When allocating a page cache page for writing, we
1877                  * want to get it from a zone that is within its dirty
1878                  * limit, such that no single zone holds more than its
1879                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
1880                  * The dirty limits take into account the zone's
1881                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
1882                  * should be able to balance it without having to
1883                  * write pages from its LRU list.
1884                  *
1885                  * This may look like it could increase pressure on
1886                  * lower zones by failing allocations in higher zones
1887                  * before they are full.  But the pages that do spill
1888                  * over are limited as the lower zones are protected
1889                  * by this very same mechanism.  It should not become
1890                  * a practical burden to them.
1891                  *
1892                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
1893                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
1894                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
1895                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
1896                  * zones are together not big enough to reach the
1897                  * global limit.  The proper fix for these situations
1898                  * will require awareness of zones in the
1899                  * dirty-throttling and the flusher threads.
1900                  */
1901                 if ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1902                     (gfp_mask & __GFP_WRITE) && !zone_dirty_ok(zone))
1903                         goto this_zone_full;
1904
1905                 BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
1906                 if (!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
1907                         unsigned long mark;
1908                         int ret;
1909
1910                         mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
1911                         if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1912                                     classzone_idx, alloc_flags))
1913                                 goto try_this_zone;
1914
1915                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
1916                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
1917                                 /*
1918                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
1919                                  * and before considering the first zone allowed
1920                                  * by the cpuset.
1921                                  */
1922                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
1923                                 zlc_active = 1;
1924                                 did_zlc_setup = 1;
1925                         }
1926
1927                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
1928                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
1929                                 goto this_zone_full;
1930
1931                         /*
1932                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
1933                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
1934                          */
1935                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1936                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1937                                 continue;
1938
1939                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
1940                         switch (ret) {
1941                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
1942                                 /* did not scan */
1943                                 continue;
1944                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
1945                                 /* scanned but unreclaimable */
1946                                 continue;
1947                         default:
1948                                 /* did we reclaim enough */
1949                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1950                                                 classzone_idx, alloc_flags))
1951                                         goto try_this_zone;
1952
1953                                 /*
1954                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
1955                                  * Only mark the zone full if checking the min
1956                                  * watermark or if we failed to reclaim just
1957                                  * 1<<order pages or else the page allocator
1958                                  * fastpath will prematurely mark zones full
1959                                  * when the watermark is between the low and
1960                                  * min watermarks.
1961                                  */
1962                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
1963                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
1964                                         goto this_zone_full;
1965
1966                                 continue;
1967                         }
1968                 }
1969
1970 try_this_zone:
1971                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
1972                                                 gfp_mask, migratetype);
1973                 if (page)
1974                         break;
1975 this_zone_full:
1976                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
1977                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
1978         }
1979
1980         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && page == NULL && zlc_active)) {
1981                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
1982                 zlc_active = 0;
1983                 goto zonelist_scan;
1984         }
1985
1986         if (page)
1987                 /*
1988                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
1989                  * necessary to allocate the page. The expectation is
1990                  * that the caller is taking steps that will free more
1991                  * memory. The caller should avoid the page being used
1992                  * for !PFMEMALLOC purposes.
1993                  */
1994                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1995
1996         return page;
1997 }
1998
1999 /*
2000  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2001  * meminfo in irq context.
2002  */
2003 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2004 {
2005         bool ret = false;
2006
2007 #if NODES_SHIFT > 8
2008         ret = in_interrupt();
2009 #endif
2010         return ret;
2011 }
2012
2013 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2014                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2015                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2016
2017 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2018 {
2019         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2020
2021         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2022             debug_guardpage_minorder() > 0)
2023                 return;
2024
2025         /*
2026          * Walking all memory to count page types is very expensive and should
2027          * be inhibited in non-blockable contexts.
2028          */
2029         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2030                 filter |= SHOW_MEM_FILTER_PAGE_COUNT;
2031
2032         /*
2033          * This documents exceptions given to allocations in certain
2034          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2035          * of allowed nodes.
2036          */
2037         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2038                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2039                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2040                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2041         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2042                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2043
2044         if (fmt) {
2045                 struct va_format vaf;
2046                 va_list args;
2047
2048                 va_start(args, fmt);
2049
2050                 vaf.fmt = fmt;
2051                 vaf.va = &args;
2052
2053                 pr_warn("%pV", &vaf);
2054
2055                 va_end(args);
2056         }
2057
2058         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2059                 current->comm, order, gfp_mask);
2060
2061         dump_stack();
2062         if (!should_suppress_show_mem())
2063                 show_mem(filter);
2064 }
2065
2066 static inline int
2067 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2068                                 unsigned long did_some_progress,
2069                                 unsigned long pages_reclaimed)
2070 {
2071         /* Do not loop if specifically requested */
2072         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2073                 return 0;
2074
2075         /* Always retry if specifically requested */
2076         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2077                 return 1;
2078
2079         /*
2080          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2081          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2082          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2083          */
2084         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2085                 return 0;
2086
2087         /*
2088          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2089          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2090          * implementations.
2091          */
2092         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2093                 return 1;
2094
2095         /*
2096          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2097          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2098          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2099          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2100          * allocation still fails, we stop retrying.
2101          */
2102         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2103                 return 1;
2104
2105         return 0;
2106 }
2107
2108 static inline struct page *
2109 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2110         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2111         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2112         int migratetype)
2113 {
2114         struct page *page;
2115
2116         /* Acquire the OOM killer lock for the zones in zonelist */
2117         if (!try_set_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask)) {
2118                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2119                 return NULL;
2120         }
2121
2122         /*
2123          * PM-freezer should be notified that there might be an OOM killer on
2124          * its way to kill and wake somebody up. This is too early and we might
2125          * end up not killing anything but false positives are acceptable.
2126          * See freeze_processes.
2127          */
2128         note_oom_kill();
2129
2130         /*
2131          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2132          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2133          * we're still under heavy pressure.
2134          */
2135         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2136                 order, zonelist, high_zoneidx,
2137                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2138                 preferred_zone, migratetype);
2139         if (page)
2140                 goto out;
2141
2142         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2143                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2144                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2145                         goto out;
2146                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2147                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2148                         goto out;
2149                 /*
2150                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2151                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2152                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2153                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2154                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2155                  */
2156                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2157                         goto out;
2158         }
2159         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2160         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2161
2162 out:
2163         clear_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask);
2164         return page;
2165 }
2166
2167 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2168 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2169 static struct page *
2170 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2171         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2172         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2173         int migratetype, bool sync_migration,
2174         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2175         unsigned long *did_some_progress)
2176 {
2177         if (!order)
2178                 return NULL;
2179
2180         if (compaction_deferred(preferred_zone, order)) {
2181                 *deferred_compaction = true;
2182                 return NULL;
2183         }
2184
2185         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2186         *did_some_progress = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2187                                                 nodemask, sync_migration,
2188                                                 contended_compaction);
2189         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2190
2191         if (*did_some_progress != COMPACT_SKIPPED) {
2192                 struct page *page;
2193
2194                 /* Page migration frees to the PCP lists but we want merging */
2195                 drain_pages(get_cpu());
2196                 put_cpu();
2197
2198                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2199                                 order, zonelist, high_zoneidx,
2200                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2201                                 preferred_zone, migratetype);
2202                 if (page) {
2203                         preferred_zone->compact_blockskip_flush = false;
2204                         preferred_zone->compact_considered = 0;
2205                         preferred_zone->compact_defer_shift = 0;
2206                         if (order >= preferred_zone->compact_order_failed)
2207                                 preferred_zone->compact_order_failed = order + 1;
2208                         count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2209                         return page;
2210                 }
2211
2212                 /*
2213                  * It's bad if compaction run occurs and fails.
2214                  * The most likely reason is that pages exist,
2215                  * but not enough to satisfy watermarks.
2216                  */
2217                 count_vm_event(COMPACTFAIL);
2218
2219                 /*
2220                  * As async compaction considers a subset of pageblocks, only
2221                  * defer if the failure was a sync compaction failure.
2222                  */
2223                 if (sync_migration)
2224                         defer_compaction(preferred_zone, order);
2225
2226                 cond_resched();
2227         }
2228
2229         return NULL;
2230 }
2231 #else
2232 static inline struct page *
2233 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2234         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2235         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2236         int migratetype, bool sync_migration,
2237         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2238         unsigned long *did_some_progress)
2239 {
2240         return NULL;
2241 }
2242 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2243
2244 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2245 static int
2246 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2247                   nodemask_t *nodemask)
2248 {
2249         struct reclaim_state reclaim_state;
2250         int progress;
2251
2252         cond_resched();
2253
2254         /* We now go into synchronous reclaim */
2255         cpuset_memory_pressure_bump();
2256         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2257         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2258         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2259         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2260
2261         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2262
2263         current->reclaim_state = NULL;
2264         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2265         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2266
2267         cond_resched();
2268
2269         return progress;
2270 }
2271
2272 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2273 static inline struct page *
2274 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2275         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2276         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2277         int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2278 {
2279         struct page *page = NULL;
2280         bool drained = false;
2281
2282         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2283                                                nodemask);
2284         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2285                 return NULL;
2286
2287         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2288         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2289                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2290
2291 retry:
2292         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2293                                         zonelist, high_zoneidx,
2294                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2295                                         preferred_zone, migratetype);
2296
2297         /*
2298          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2299          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2300          */
2301         if (!page && !drained) {
2302                 drain_all_pages();
2303                 drained = true;
2304                 goto retry;
2305         }
2306
2307         return page;
2308 }
2309
2310 /*
2311  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2312  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2313  */
2314 static inline struct page *
2315 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2316         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2317         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2318         int migratetype)
2319 {
2320         struct page *page;
2321
2322         do {
2323                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2324                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2325                         preferred_zone, migratetype);
2326
2327                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2328                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2329         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2330
2331         return page;
2332 }
2333
2334 static inline
2335 void wake_all_kswapd(unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2336                                                 enum zone_type high_zoneidx,
2337                                                 enum zone_type classzone_idx)
2338 {
2339         struct zoneref *z;
2340         struct zone *zone;
2341
2342         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx)
2343                 wakeup_kswapd(zone, order, classzone_idx);
2344 }
2345
2346 static inline int
2347 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2348 {
2349         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2350         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2351
2352         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2353         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2354
2355         /*
2356          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2357          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2358          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2359          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2360          */
2361         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2362
2363         if (atomic) {
2364                 /*
2365                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2366                  * if it can't schedule.
2367                  */
2368                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2369                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2370                 /*
2371                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2372                  * comment for __cpuset_node_allowed_softwall().
2373                  */
2374                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2375         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2376                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2377
2378         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2379                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2380                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2381                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2382                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2383                 else if (!in_interrupt() &&
2384                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2385                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2386                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2387         }
2388 #ifdef CONFIG_CMA
2389         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2390                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2391 #endif
2392         return alloc_flags;
2393 }
2394
2395 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2396 {
2397         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2398 }
2399
2400 static inline struct page *
2401 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2402         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2403         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2404         int migratetype)
2405 {
2406         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2407         struct page *page = NULL;
2408         int alloc_flags;
2409         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2410         unsigned long did_some_progress;
2411         bool sync_migration = false;
2412         bool deferred_compaction = false;
2413         bool contended_compaction = false;
2414
2415         /*
2416          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2417          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2418          * be using allocators in order of preference for an area that is
2419          * too large.
2420          */
2421         if (order >= MAX_ORDER) {
2422                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2423                 return NULL;
2424         }
2425
2426         /*
2427          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2428          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2429          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2430          * using a larger set of nodes after it has established that the
2431          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2432          * over allocated.
2433          */
2434         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2435                         (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2436                 goto nopage;
2437
2438 restart:
2439         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2440                 wake_all_kswapd(order, zonelist, high_zoneidx,
2441                                                 zone_idx(preferred_zone));
2442
2443         /*
2444          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2445          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2446          * to how we want to proceed.
2447          */
2448         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2449
2450         /*
2451          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2452          * cpusets.
2453          */
2454         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask)
2455                 first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx, NULL,
2456                                         &preferred_zone);
2457
2458 rebalance:
2459         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2460         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2461                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2462                         preferred_zone, migratetype);
2463         if (page)
2464                 goto got_pg;
2465
2466         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2467         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2468                 /*
2469                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2470                  * the allocation is high priority and these type of
2471                  * allocations are system rather than user orientated
2472                  */
2473                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2474
2475                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2476                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2477                                 preferred_zone, migratetype);
2478                 if (page) {
2479                         goto got_pg;
2480                 }
2481         }
2482
2483         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2484         if (!wait)
2485                 goto nopage;
2486
2487         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2488         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2489                 goto nopage;
2490
2491         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2492         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2493                 goto nopage;
2494
2495         /*
2496          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2497          * attempts after direct reclaim are synchronous
2498          */
2499         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2500                                         zonelist, high_zoneidx,
2501                                         nodemask,
2502                                         alloc_flags, preferred_zone,
2503                                         migratetype, sync_migration,
2504                                         &contended_compaction,
2505                                         &deferred_compaction,
2506                                         &did_some_progress);
2507         if (page)
2508                 goto got_pg;
2509         sync_migration = true;
2510
2511         /*
2512          * If compaction is deferred for high-order allocations, it is because
2513          * sync compaction recently failed. In this is the case and the caller
2514          * requested a movable allocation that does not heavily disrupt the
2515          * system then fail the allocation instead of entering direct reclaim.
2516          */
2517         if ((deferred_compaction || contended_compaction) &&
2518                                                 (gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2519                 goto nopage;
2520
2521         /* Try direct reclaim and then allocating */
2522         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2523                                         zonelist, high_zoneidx,
2524                                         nodemask,
2525                                         alloc_flags, preferred_zone,
2526                                         migratetype, &did_some_progress);
2527         if (page)
2528                 goto got_pg;
2529
2530         /*
2531          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2532          * running out of options and have to consider going OOM
2533          */
2534         if (!did_some_progress) {
2535                 if ((gfp_mask & __GFP_FS) && !(gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
2536                         if (oom_killer_disabled)
2537                                 goto nopage;
2538                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2539                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2540                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2541                                 goto nopage;
2542                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2543                                         zonelist, high_zoneidx,
2544                                         nodemask, preferred_zone,
2545                                         migratetype);
2546                         if (page)
2547                                 goto got_pg;
2548
2549                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2550                                 /*
2551                                  * The oom killer is not called for high-order
2552                                  * allocations that may fail, so if no progress
2553                                  * is being made, there are no other options and
2554                                  * retrying is unlikely to help.
2555                                  */
2556                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2557                                         goto nopage;
2558                                 /*
2559                                  * The oom killer is not called for lowmem
2560                                  * allocations to prevent needlessly killing
2561                                  * innocent tasks.
2562                                  */
2563                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2564                                         goto nopage;
2565                         }
2566
2567                         goto restart;
2568                 }
2569         }
2570
2571         /* Check if we should retry the allocation */
2572         pages_reclaimed += did_some_progress;
2573         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2574                                                 pages_reclaimed)) {
2575                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2576                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2577                 goto rebalance;
2578         } else {
2579                 /*
2580                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2581                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2582                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2583                  */
2584                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2585                                         zonelist, high_zoneidx,
2586                                         nodemask,
2587                                         alloc_flags, preferred_zone,
2588                                         migratetype, sync_migration,
2589                                         &contended_compaction,
2590                                         &deferred_compaction,
2591                                         &did_some_progress);
2592                 if (page)
2593                         goto got_pg;
2594         }
2595
2596 nopage:
2597         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2598         return page;
2599 got_pg:
2600         if (kmemcheck_enabled)
2601                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2602
2603         return page;
2604 }
2605
2606 /*
2607  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2608  */
2609 struct page *
2610 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2611                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2612 {
2613         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2614         struct zone *preferred_zone;
2615         struct page *page = NULL;
2616         int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);
2617         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2618         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET;
2619         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2620
2621         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2622
2623         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2624
2625         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2626
2627         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2628                 return NULL;
2629
2630         /*
2631          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2632          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2633          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2634          */
2635         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2636                 return NULL;
2637
2638         /*
2639          * Will only have any effect when __GFP_KMEMCG is set.  This is
2640          * verified in the (always inline) callee
2641          */
2642         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2643                 return NULL;
2644
2645 retry_cpuset:
2646         cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2647
2648         /* The preferred zone is used for statistics later */
2649         first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2650                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2651                                 &preferred_zone);
2652         if (!preferred_zone)
2653                 goto out;
2654
2655 #ifdef CONFIG_CMA
2656         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2657                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2658 #endif
2659         /* First allocation attempt */
2660         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2661                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2662                         preferred_zone, migratetype);
2663         if (unlikely(!page)) {
2664                 /*
2665                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2666                  * can deadlock because I/O on the device might not
2667                  * complete.
2668                  */
2669                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2670                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2671                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2672                                 preferred_zone, migratetype);
2673         }
2674
2675         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2676
2677 out:
2678         /*
2679          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2680          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2681          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2682          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2683          */
2684         if (unlikely(!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie) && !page))
2685                 goto retry_cpuset;
2686
2687         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2688
2689         return page;
2690 }
2691 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2692
2693 /*
2694  * Common helper functions.
2695  */
2696 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2697 {
2698         struct page *page;
2699
2700         /*
2701          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2702          * a highmem page
2703          */
2704         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2705
2706         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2707         if (!page)
2708                 return 0;
2709         return (unsigned long) page_address(page);
2710 }
2711 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2712
2713 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2714 {
2715         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2716 }
2717 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2718
2719 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2720 {
2721         if (put_page_testzero(page)) {
2722                 if (order == 0)
2723                         free_hot_cold_page(page, 0);
2724                 else
2725                         __free_pages_ok(page, order);
2726         }
2727 }
2728
2729 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2730
2731 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2732 {
2733         if (addr != 0) {
2734                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2735                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2736         }
2737 }
2738
2739 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2740
2741 /*
2742  * __free_memcg_kmem_pages and free_memcg_kmem_pages will free
2743  * pages allocated with __GFP_KMEMCG.
2744  *
2745  * Those pages are accounted to a particular memcg, embedded in the
2746  * corresponding page_cgroup. To avoid adding a hit in the allocator to search
2747  * for that information only to find out that it is NULL for users who have no
2748  * interest in that whatsoever, we provide these functions.
2749  *
2750  * The caller knows better which flags it relies on.
2751  */
2752 void __free_memcg_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2753 {
2754         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2755         __free_pages(page, order);
2756 }
2757
2758 void free_memcg_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2759 {
2760         if (addr != 0) {
2761                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2762                 __free_memcg_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2763         }
2764 }
2765
2766 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2767 {
2768         if (addr) {
2769                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2770                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2771
2772                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2773                 while (used < alloc_end) {
2774                         free_page(used);
2775                         used += PAGE_SIZE;
2776                 }
2777         }
2778         return (void *)addr;
2779 }
2780
2781 /**
2782  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2783  * @size: the number of bytes to allocate
2784  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2785  *
2786  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2787  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2788  * allocate memory in power-of-two pages.
2789  *
2790  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2791  *
2792  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2793  */
2794 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2795 {
2796         unsigned int order = get_order(size);
2797         unsigned long addr;
2798
2799         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
2800         return make_alloc_exact(addr, order, size);
2801 }
2802 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
2803
2804 /**
2805  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
2806  *                         pages on a node.
2807  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
2808  * @size: the number of bytes to allocate
2809  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2810  *
2811  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
2812  * back.
2813  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
2814  * but is not exact.
2815  */
2816 void *alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
2817 {
2818         unsigned order = get_order(size);
2819         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2820         if (!p)
2821                 return NULL;
2822         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
2823 }
2824 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_nid);
2825
2826 /**
2827  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
2828  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
2829  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
2830  *
2831  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
2832  */
2833 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
2834 {
2835         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
2836         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
2837
2838         while (addr < end) {
2839                 free_page(addr);
2840                 addr += PAGE_SIZE;
2841         }
2842 }
2843 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
2844
2845 /**
2846  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
2847  * @offset: The zone index of the highest zone
2848  *
2849  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
2850  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
2851  * zone, the number of pages is calculated as:
2852  *     present_pages - high_pages
2853  */
2854 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
2855 {
2856         struct zoneref *z;
2857         struct zone *zone;
2858
2859         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
2860         unsigned long sum = 0;
2861
2862         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
2863
2864         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
2865                 unsigned long size = zone->managed_pages;
2866                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
2867                 if (size > high)
2868                         sum += size - high;
2869         }
2870
2871         return sum;
2872 }
2873
2874 /**
2875  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
2876  *
2877  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
2878  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
2879  */
2880 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
2881 {
2882         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
2883 }
2884 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
2885
2886 /**
2887  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
2888  *
2889  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
2890  * high watermark within all zones.
2891  */
2892 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
2893 {
2894         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
2895 }
2896
2897 static inline void show_node(struct zone *zone)
2898 {
2899         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2900                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
2901 }
2902
2903 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
2904 {
2905         val->totalram = totalram_pages;
2906         val->sharedram = 0;
2907         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
2908         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
2909         val->totalhigh = totalhigh_pages;
2910         val->freehigh = nr_free_highpages();
2911         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2912 }
2913
2914 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
2915
2916 #ifdef CONFIG_NUMA
2917 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
2918 {
2919         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
2920
2921         val->totalram = pgdat->node_present_pages;
2922         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
2923 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
2924         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
2925         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
2926                         NR_FREE_PAGES);
2927 #else
2928         val->totalhigh = 0;
2929         val->freehigh = 0;
2930 #endif
2931         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2932 }
2933 #endif
2934
2935 /*
2936  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
2937  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
2938  */
2939 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
2940 {
2941         bool ret = false;
2942         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2943
2944         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
2945                 goto out;
2946
2947         do {
2948                 cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2949                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
2950         } while (!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie));
2951 out:
2952         return ret;
2953 }
2954
2955 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
2956
2957 static void show_migration_types(unsigned char type)
2958 {
2959         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
2960                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
2961                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
2962                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
2963                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
2964 #ifdef CONFIG_CMA
2965                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
2966 #endif
2967 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2968                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
2969 #endif
2970         };
2971         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
2972         char *p = tmp;
2973         int i;
2974
2975         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
2976                 if (type & (1 << i))
2977                         *p++ = types[i];
2978         }
2979
2980         *p = '\0';
2981         printk("(%s) ", tmp);
2982 }
2983
2984 /*
2985  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
2986  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
2987  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
2988  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
2989  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
2990  */
2991 void show_free_areas(unsigned int filter)
2992 {
2993         int cpu;
2994         struct zone *zone;
2995
2996         for_each_populated_zone(zone) {
2997                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
2998                         continue;
2999                 show_node(zone);
3000                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3001
3002                 for_each_online_cpu(cpu) {
3003                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3004
3005                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3006
3007                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3008                                cpu, pageset->pcp.high,
3009                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3010                 }
3011         }
3012
3013         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3014                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3015                 " unevictable:%lu"
3016                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3017                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3018                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3019                 " free_cma:%lu\n",
3020                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3021                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3022                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3023                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3024                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3025                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3026                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3027                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3028                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3029                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3030                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3031                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3032                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3033                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3034                 global_page_state(NR_SHMEM),
3035                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3036                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3037                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3038
3039         for_each_populated_zone(zone) {
3040                 int i;
3041
3042                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3043                         continue;
3044                 show_node(zone);
3045                 printk("%s"
3046                         " free:%lukB"
3047                         " min:%lukB"
3048                         " low:%lukB"
3049                         " high:%lukB"
3050                         " active_anon:%lukB"
3051                         " inactive_anon:%lukB"
3052                         " active_file:%lukB"
3053                         " inactive_file:%lukB"
3054                         " unevictable:%lukB"
3055                         " isolated(anon):%lukB"
3056                         " isolated(file):%lukB"
3057                         " present:%lukB"
3058                         " managed:%lukB"
3059                         " mlocked:%lukB"
3060                         " dirty:%lukB"
3061                         " writeback:%lukB"
3062                         " mapped:%lukB"
3063                         " shmem:%lukB"
3064                         " slab_reclaimable:%lukB"
3065                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3066                         " kernel_stack:%lukB"
3067                         " pagetables:%lukB"
3068                         " unstable:%lukB"
3069                         " bounce:%lukB"
3070                         " free_cma:%lukB"
3071                         " writeback_tmp:%lukB"
3072                         " pages_scanned:%lu"
3073                         " all_unreclaimable? %s"
3074                         "\n",
3075                         zone->name,
3076                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3077                         K(min_wmark_pages(zone)),
3078                         K(low_wmark_pages(zone)),
3079                         K(high_wmark_pages(zone)),
3080                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3081                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3082                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3083                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3084                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3085                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3086                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3087                         K(zone->present_pages),
3088                         K(zone->managed_pages),
3089                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3090                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3091                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3092                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3093                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3094                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3095                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3096                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3097                                 THREAD_SIZE / 1024,
3098                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3099                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3100                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3101                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3102                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3103                         zone->pages_scanned,
3104                         (zone->all_unreclaimable ? "yes" : "no")
3105                         );
3106                 printk("lowmem_reserve[]:");
3107                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3108                         printk(" %lu", zone->lowmem_reserve[i]);
3109                 printk("\n");
3110         }
3111
3112         for_each_populated_zone(zone) {
3113                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3114                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3115
3116                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3117                         continue;
3118                 show_node(zone);
3119                 printk("%s: ", zone->name);
3120
3121                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3122                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3123                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3124                         int type;
3125
3126                         nr[order] = area->nr_free;
3127                         total += nr[order] << order;
3128
3129                         types[order] = 0;
3130                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3131                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3132                                         types[order] |= 1 << type;
3133                         }
3134                 }
3135                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3136                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3137                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3138                         if (nr[order])
3139                                 show_migration_types(types[order]);
3140                 }
3141                 printk("= %lukB\n", K(total));
3142         }
3143
3144         hugetlb_show_meminfo();
3145
3146         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3147
3148         show_swap_cache_info();
3149 }
3150
3151 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3152 {
3153         zoneref->zone = zone;
3154         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3155 }
3156
3157 /*
3158  * Builds allocation fallback zone lists.
3159  *
3160  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3161  */
3162 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3163                                 int nr_zones, enum zone_type zone_type)
3164 {
3165         struct zone *zone;
3166
3167         BUG_ON(zone_type >= MAX_NR_ZONES);
3168         zone_type++;
3169
3170         do {
3171                 zone_type--;
3172                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3173                 if (populated_zone(zone)) {
3174                         zoneref_set_zone(zone,
3175                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3176                         check_highest_zone(zone_type);
3177                 }
3178
3179         } while (zone_type);
3180         return nr_zones;
3181 }
3182
3183
3184 /*
3185  *  zonelist_order:
3186  *  0 = automatic detection of better ordering.
3187  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3188  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3189  *
3190  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3191  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3192  */
3193 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3194 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3195 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3196
3197 /* zonelist order in the kernel.
3198  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3199  */
3200 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3201 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3202
3203
3204 #ifdef CONFIG_NUMA
3205 /* The value user specified ....changed by config */
3206 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3207 /* string for sysctl */
3208 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3209 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3210
3211 /*
3212  * interface for configure zonelist ordering.
3213  * command line option "numa_zonelist_order"
3214  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3215  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3216  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3217  */
3218
3219 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3220 {
3221         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3222                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3223         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3224                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3225         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3226                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3227         } else {
3228                 printk(KERN_WARNING
3229                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3230                         "%s\n", s);
3231                 return -EINVAL;
3232         }
3233         return 0;
3234 }
3235
3236 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3237 {
3238         int ret;
3239
3240         if (!s)
3241                 return 0;
3242
3243         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3244         if (ret == 0)
3245                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3246
3247         return ret;
3248 }
3249 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3250
3251 /*
3252  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3253  */
3254 int numa_zonelist_order_handler(ctl_table *table, int write,
3255                 void __user *buffer, size_t *length,
3256                 loff_t *ppos)
3257 {
3258         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3259         int ret;
3260         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3261
3262         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3263         if (write)
3264                 strcpy(saved_string, (char*)table->data);
3265         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3266         if (ret)
3267                 goto out;
3268         if (write) {
3269                 int oldval = user_zonelist_order;
3270                 if (__parse_numa_zonelist_order((char*)table->data)) {
3271                         /*
3272                          * bogus value.  restore saved string
3273                          */
3274                         strncpy((char*)table->data, saved_string,
3275                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3276                         user_zonelist_order = oldval;
3277                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3278                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3279                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3280                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3281                 }
3282         }
3283 out:
3284         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3285         return ret;
3286 }
3287
3288
3289 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3290 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3291
3292 /**
3293  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3294  * @node: node whose fallback list we're appending
3295  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3296  *
3297  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3298  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3299  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3300  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3301  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3302  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3303  * on them otherwise.
3304  * It returns -1 if no node is found.
3305  */
3306 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3307 {
3308         int n, val;
3309         int min_val = INT_MAX;
3310         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3311         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3312
3313         /* Use the local node if we haven't already */
3314         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3315                 node_set(node, *used_node_mask);
3316                 return node;
3317         }
3318
3319         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3320
3321                 /* Don't want a node to appear more than once */
3322                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3323                         continue;
3324
3325                 /* Use the distance array to find the distance */
3326                 val = node_distance(node, n);
3327
3328                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3329                 val += (n < node);
3330
3331                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3332                 tmp = cpumask_of_node(n);
3333                 if (!cpumask_empty(tmp))
3334                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3335
3336                 /* Slight preference for less loaded node */
3337                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3338                 val += node_load[n];
3339
3340                 if (val < min_val) {
3341                         min_val = val;
3342                         best_node = n;
3343                 }
3344         }
3345
3346         if (best_node >= 0)
3347                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3348
3349         return best_node;
3350 }
3351
3352
3353 /*
3354  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3355  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3356  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3357  */
3358 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3359 {
3360         int j;
3361         struct zonelist *zonelist;
3362
3363         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3364         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3365                 ;
3366         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3367                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3368         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3369         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3370 }
3371
3372 /*
3373  * Build gfp_thisnode zonelists
3374  */
3375 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3376 {
3377         int j;
3378         struct zonelist *zonelist;
3379
3380         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3381         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3382         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3383         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3384 }
3385
3386 /*
3387  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3388  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3389  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3390  * may still exist in local DMA zone.
3391  */
3392 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3393
3394 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3395 {
3396         int pos, j, node;
3397         int zone_type;          /* needs to be signed */
3398         struct zone *z;
3399         struct zonelist *zonelist;
3400
3401         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3402         pos = 0;
3403         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3404                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3405                         node = node_order[j];
3406                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3407                         if (populated_zone(z)) {
3408                                 zoneref_set_zone(z,
3409                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3410                                 check_highest_zone(zone_type);
3411                         }
3412                 }
3413         }
3414         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3415         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3416 }
3417
3418 static int default_zonelist_order(void)
3419 {
3420         int nid, zone_type;
3421         unsigned long low_kmem_size,total_size;
3422         struct zone *z;
3423         int average_size;
3424         /*
3425          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 can be very small area in the system.
3426          * If they are really small and used heavily, the system can fall
3427          * into OOM very easily.
3428          * This function detect ZONE_DMA/DMA32 size and configures zone order.
3429          */
3430         /* Is there ZONE_NORMAL ? (ex. ppc has only DMA zone..) */
3431         low_kmem_size = 0;
3432         total_size = 0;
3433         for_each_online_node(nid) {
3434                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3435                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3436                         if (populated_zone(z)) {
3437                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3438                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3439                                 total_size += z->present_pages;
3440                         } else if (zone_type == ZONE_NORMAL) {
3441                                 /*
3442                                  * If any node has only lowmem, then node order
3443                                  * is preferred to allow kernel allocations
3444                                  * locally; otherwise, they can easily infringe
3445                                  * on other nodes when there is an abundance of
3446                                  * lowmem available to allocate from.
3447                                  */
3448                                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3449                         }
3450                 }
3451         }
3452         if (!low_kmem_size ||  /* there are no DMA area. */
3453             low_kmem_size > total_size/2) /* DMA/DMA32 is big. */
3454                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3455         /*
3456          * look into each node's config.
3457          * If there is a node whose DMA/DMA32 memory is very big area on
3458          * local memory, NODE_ORDER may be suitable.
3459          */
3460         average_size = total_size /
3461                                 (nodes_weight(node_states[N_MEMORY]) + 1);
3462         for_each_online_node(nid) {
3463                 low_kmem_size = 0;
3464                 total_size = 0;
3465                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3466                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3467                         if (populated_zone(z)) {
3468                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3469                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3470                                 total_size += z->present_pages;
3471                         }
3472                 }
3473                 if (low_kmem_size &&
3474                     total_size > average_size && /* ignore small node */
3475                     low_kmem_size > total_size * 70/100)
3476                         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3477         }
3478         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3479 }
3480
3481 static void set_zonelist_order(void)
3482 {
3483         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3484                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3485         else
3486                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3487 }
3488
3489 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3490 {
3491         int j, node, load;
3492         enum zone_type i;
3493         nodemask_t used_mask;
3494         int local_node, prev_node;
3495         struct zonelist *zonelist;
3496         int order = current_zonelist_order;
3497
3498         /* initialize zonelists */
3499         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3500                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3501                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3502                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3503         }
3504
3505         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3506         local_node = pgdat->node_id;
3507         load = nr_online_nodes;
3508         prev_node = local_node;
3509         nodes_clear(used_mask);
3510
3511         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3512         j = 0;
3513
3514         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3515                 /*
3516                  * We don't want to pressure a particular node.
3517                  * So adding penalty to the first node in same
3518                  * distance group to make it round-robin.
3519                  */
3520                 if (node_distance(local_node, node) !=
3521                     node_distance(local_node, prev_node))
3522                         node_load[node] = load;
3523
3524                 prev_node = node;
3525                 load--;
3526                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3527                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3528                 else
3529                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3530         }
3531
3532         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3533                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3534                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3535         }
3536
3537         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3538 }
3539
3540 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3541 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3542 {
3543         struct zonelist *zonelist;
3544         struct zonelist_cache *zlc;
3545         struct zoneref *z;
3546
3547         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3548         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3549         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3550         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3551                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3552 }
3553
3554 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3555 /*
3556  * Return node id of node used for "local" allocations.
3557  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3558  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3559  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3560  */
3561 int local_memory_node(int node)
3562 {
3563         struct zone *zone;
3564
3565         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3566                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3567                                    NULL,
3568                                    &zone);
3569         return zone->node;
3570 }
3571 #endif
3572
3573 #else   /* CONFIG_NUMA */
3574
3575 static void set_zonelist_order(void)
3576 {
3577         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3578 }
3579
3580 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3581 {
3582         int node, local_node;
3583         enum zone_type j;
3584         struct zonelist *zonelist;
3585
3586         local_node = pgdat->node_id;
3587
3588         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3589         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3590
3591         /*
3592          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3593          * of all the other nodes.
3594          * We don't want to pressure a particular node, so when
3595          * building the zones for node N, we make sure that the
3596          * zones coming right after the local ones are those from
3597          * node N+1 (modulo N)
3598          */
3599         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3600                 if (!node_online(node))
3601                         continue;
3602                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3603                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3604         }
3605         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3606                 if (!node_online(node))
3607                         continue;
3608                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3609                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3610         }
3611
3612         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3613         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3614 }
3615
3616 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3617 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3618 {
3619         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3620 }
3621
3622 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3623
3624 /*
3625  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3626  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3627  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3628  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3629  * with interrupts disabled.
3630  *
3631  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3632  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3633  * hotplugged processors.
3634  *
3635  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3636  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3637  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3638  */
3639 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3640 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3641 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3642
3643 /*
3644  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3645  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3646  */
3647 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3648
3649 /* return values int ....just for stop_machine() */
3650 static int __build_all_zonelists(void *data)
3651 {
3652         int nid;
3653         int cpu;
3654         pg_data_t *self = data;
3655
3656 #ifdef CONFIG_NUMA
3657         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3658 #endif
3659
3660         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3661                 build_zonelists(self);
3662                 build_zonelist_cache(self);
3663         }
3664
3665         for_each_online_node(nid) {
3666                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3667
3668                 build_zonelists(pgdat);
3669                 build_zonelist_cache(pgdat);
3670         }
3671
3672         /*
3673          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3674          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3675          * each zone will be allocated later when the per cpu
3676          * allocator is available.
3677          *
3678          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3679          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3680          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3681          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3682          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3683          * (a chicken-egg dilemma).
3684          */
3685         for_each_possible_cpu(cpu) {
3686                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3687
3688 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3689                 /*
3690                  * We now know the "local memory node" for each node--
3691                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3692                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3693                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3694                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3695                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3696                  */
3697                 if (cpu_online(cpu))
3698                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3699 #endif
3700         }
3701
3702         return 0;
3703 }
3704
3705 /*
3706  * Called with zonelists_mutex held always
3707  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3708  */
3709 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3710 {
3711         set_zonelist_order();
3712
3713         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3714                 __build_all_zonelists(NULL);
3715                 mminit_verify_zonelist();
3716                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3717         } else {
3718                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3719                    of zonelist */
3720 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3721                 if (zone)
3722                         setup_zone_pageset(zone);
3723 #endif
3724                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3725                 /* cpuset refresh routine should be here */
3726         }
3727         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3728         /*
3729          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3730          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3731          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3732          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3733          * disabled and enable it later
3734          */
3735         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3736                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3737         else
3738                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3739
3740         printk("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3741                 "Total pages: %ld\n",
3742                         nr_online_nodes,
3743                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3744                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3745                         vm_total_pages);
3746 #ifdef CONFIG_NUMA
3747         printk("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3748 #endif
3749 }
3750
3751 /*
3752  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3753  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3754  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3755  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3756  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3757  * conservative, even though it seems large.
3758  *
3759  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3760  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3761  */
3762 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3763
3764 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3765 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3766 {
3767         unsigned long size = 1;
3768
3769         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3770
3771         while (size < pages)
3772                 size <<= 1;
3773
3774         /*
3775          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3776          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3777          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3778          */
3779         size = min(size, 4096UL);
3780
3781         return max(size, 4UL);
3782 }
3783 #else
3784 /*
3785  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3786  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3787  *
3788  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3789  *
3790  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3791  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3792  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3793  *
3794  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3795  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3796  *
3797  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3798  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3799  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3800  */
3801 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3802 {
3803         return 4096UL;
3804 }
3805 #endif
3806
3807 /*
3808  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3809  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3810  * hash function before the remainder is taken.
3811  */
3812 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3813 {
3814         return ffz(~size);
3815 }
3816
3817 #define LONG_ALIGN(x) (((x)+(sizeof(long))-1)&~((sizeof(long))-1))
3818
3819 /*
3820  * Check if a pageblock contains reserved pages
3821  */
3822 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
3823 {
3824         unsigned long pfn;
3825
3826         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3827                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
3828                         return 1;
3829         }
3830         return 0;
3831 }
3832
3833 /*
3834  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
3835  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
3836  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
3837  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
3838  * blocks as reclaim kicks in
3839  */
3840 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
3841 {
3842         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
3843         struct page *page;
3844         unsigned long block_migratetype;
3845         int reserve;
3846
3847         /*
3848          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
3849          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
3850          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
3851          * the block.
3852          */
3853         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
3854         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
3855         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
3856         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
3857                                                         pageblock_order;
3858
3859         /*
3860          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
3861          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
3862          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
3863          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
3864          * future allocation of hugepages at runtime.
3865          */
3866         reserve = min(2, reserve);
3867
3868         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
3869                 if (!pfn_valid(pfn))
3870                         continue;
3871                 page = pfn_to_page(pfn);
3872
3873                 /* Watch out for overlapping nodes */
3874                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
3875                         continue;
3876
3877                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
3878
3879                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
3880                 if (reserve > 0) {
3881                         /*
3882                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
3883                          * them.
3884                          */
3885                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
3886                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
3887                                 continue;
3888
3889                         /* If this block is reserved, account for it */
3890                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3891                                 reserve--;
3892                                 continue;
3893                         }
3894
3895                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
3896                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
3897                                 set_pageblock_migratetype(page,
3898                                                         MIGRATE_RESERVE);
3899                                 move_freepages_block(zone, page,
3900                                                         MIGRATE_RESERVE);
3901                                 reserve--;
3902                                 continue;
3903                         }
3904                 }
3905
3906                 /*
3907                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
3908                  * take it back
3909                  */
3910                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3911                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3912                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
3913                 }
3914         }
3915 }
3916
3917 /*
3918  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
3919  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
3920  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
3921  */
3922 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
3923                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
3924 {
3925         struct page *page;
3926         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
3927         unsigned long pfn;
3928         struct zone *z;
3929
3930         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
3931                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
3932
3933         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
3934         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3935                 /*
3936                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
3937                  * handed to this function.  They do not
3938                  * exist on hotplugged memory.
3939                  */
3940                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
3941                         if (!early_pfn_valid(pfn))
3942                                 continue;
3943                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
3944                                 continue;
3945                 }
3946                 page = pfn_to_page(pfn);
3947                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
3948                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
3949                 init_page_count(page);
3950                 page_mapcount_reset(page);
3951                 page_nid_reset_last(page);
3952                 SetPageReserved(page);
3953                 /*
3954                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
3955                  * movable at startup. This will force kernel allocations
3956                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
3957                  * the address space during boot when many long-lived
3958                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
3959                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
3960                  * setup_zone_migrate_reserve()
3961                  *
3962                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
3963                  * can be created for invalid pages (for alignment)
3964                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
3965                  * pfn out of zone.
3966                  */
3967                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
3968                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
3969                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
3970                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3971
3972                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
3973 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
3974                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
3975                 if (!is_highmem_idx(zone))
3976                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
3977 #endif
3978         }
3979 }
3980
3981 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
3982 {
3983         int order, t;
3984         for_each_migratetype_order(order, t) {
3985                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
3986                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
3987         }
3988 }
3989
3990 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
3991 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
3992         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
3993 #endif
3994
3995 static int __meminit zone_batchsize(struct zone *zone)
3996 {
3997 #ifdef CONFIG_MMU
3998         int batch;
3999
4000         /*
4001          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4002          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4003          *
4004          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4005          */
4006         batch = zone->managed_pages / 1024;
4007         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4008                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4009         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4010         if (batch < 1)
4011                 batch = 1;
4012
4013         /*
4014          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4015          * of 2 value was found to be more likely to have
4016          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4017          *
4018          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4019          * batches of pages, one task can end up with a lot
4020          * of pages of one half of the possible page colors
4021          * and the other with pages of the other colors.
4022          */
4023         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4024
4025         return batch;
4026
4027 #else
4028         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4029          * conditions.
4030          *
4031          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4032          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4033          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4034          *
4035          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4036          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4037          * can be a significant delay between the individual batches being
4038          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4039          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4040          */
4041         return 0;
4042 #endif
4043 }
4044
4045 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4046 {
4047         struct per_cpu_pages *pcp;
4048         int migratetype;
4049
4050         memset(p, 0, sizeof(*p));
4051
4052         pcp = &p->pcp;
4053         pcp->count = 0;
4054         pcp->high = 6 * batch;
4055         pcp->batch = max(1UL, 1 * batch);
4056         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4057                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4058 }
4059
4060 /*
4061  * setup_pagelist_highmark() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4062  * to the value high for the pageset p.
4063  */
4064
4065 static void setup_pagelist_highmark(struct per_cpu_pageset *p,
4066                                 unsigned long high)
4067 {
4068         struct per_cpu_pages *pcp;
4069
4070         pcp = &p->pcp;
4071         pcp->high = high;
4072         pcp->batch = max(1UL, high/4);
4073         if ((high/4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4074                 pcp->batch = PAGE_SHIFT * 8;
4075 }
4076
4077 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4078 {
4079         int cpu;
4080
4081         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4082
4083         for_each_possible_cpu(cpu) {
4084                 struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4085
4086                 setup_pageset(pcp, zone_batchsize(zone));
4087
4088                 if (percpu_pagelist_fraction)
4089                         setup_pagelist_highmark(pcp,
4090                                 (zone->managed_pages /
4091                                         percpu_pagelist_fraction));
4092         }
4093 }
4094
4095 /*
4096  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4097  * Before this call only boot pagesets were available.
4098  */
4099 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4100 {
4101         struct zone *zone;
4102
4103         for_each_populated_zone(zone)
4104                 setup_zone_pageset(zone);
4105 }
4106
4107 static noinline __init_refok
4108 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4109 {
4110         int i;
4111         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4112         size_t alloc_size;
4113
4114         /*
4115          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4116          * per zone.
4117          */
4118         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4119                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4120         zone->wait_table_bits =
4121                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4122         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4123                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4124
4125         if (!slab_is_available()) {
4126                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4127                         alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, alloc_size);
4128         } else {
4129                 /*
4130                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4131                  * via memory hot-add.
4132                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4133                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4134                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4135                  * node itself as well.
4136                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4137                  * necessary.
4138                  */
4139                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4140         }
4141         if (!zone->wait_table)
4142                 return -ENOMEM;
4143
4144         for(i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4145                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4146
4147         return 0;
4148 }
4149
4150 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4151 {
4152         /*
4153          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4154          * relies on the ability of the linker to provide the
4155          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4156          */
4157         zone->pageset = &boot_pageset;
4158
4159         if (zone->present_pages)
4160                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4161                         zone->name, zone->present_pages,
4162                                          zone_batchsize(zone));
4163 }
4164
4165 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4166                                         unsigned long zone_start_pfn,
4167                                         unsigned long size,
4168                                         enum memmap_context context)
4169 {
4170         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4171         int ret;
4172         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4173         if (ret)
4174                 return ret;
4175         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4176
4177         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4178
4179         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4180                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4181                         pgdat->node_id,
4182                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4183                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4184
4185         zone_init_free_lists(zone);
4186
4187         return 0;
4188 }
4189
4190 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4191 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4192 /*
4193  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4194  * Architectures may implement their own version but if add_active_range()
4195  * was used and there are no special requirements, this is a convenient
4196  * alternative
4197  */
4198 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4199 {
4200         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4201         int i, nid;
4202         /*
4203          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4204          * when the kernel is running single-threaded.
4205          */
4206         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4207         static int __meminitdata last_nid;
4208
4209         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4210                 return last_nid;
4211
4212         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
4213                 if (start_pfn <= pfn && pfn < end_pfn) {
4214                         last_start_pfn = start_pfn;
4215                         last_end_pfn = end_pfn;
4216                         last_nid = nid;
4217                         return nid;
4218                 }
4219         /* This is a memory hole */
4220         return -1;
4221 }
4222 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4223
4224 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4225 {
4226         int nid;
4227
4228         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4229         if (nid >= 0)
4230                 return nid;
4231         /* just returns 0 */
4232         return 0;
4233 }
4234
4235 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4236 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4237 {
4238         int nid;
4239
4240         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4241         if (nid >= 0 && nid != node)
4242                 return false;
4243         return true;
4244 }
4245 #endif
4246
4247 /**
4248  * free_bootmem_with_active_regions - Call free_bootmem_node for each active range
4249  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4250  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to free_bootmem_node
4251  *
4252  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4253  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4254  * this function may be used instead of calling free_bootmem() manually.
4255  */
4256 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4257 {
4258         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4259         int i, this_nid;
4260
4261         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4262                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4263                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4264
4265                 if (start_pfn < end_pfn)
4266                         free_bootmem_node(NODE_DATA(this_nid),
4267                                           PFN_PHYS(start_pfn),
4268                                           (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT);
4269         }
4270 }
4271
4272 /**
4273  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4274  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4275  *
4276  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4277  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4278  * function may be used instead of calling memory_present() manually.
4279  */
4280 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4281 {
4282         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4283         int i, this_nid;
4284
4285         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4286                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4287 }
4288
4289 /**
4290  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4291  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4292  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4293  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4294  *
4295  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4296  * provided by an arch calling add_active_range(). If called for a node
4297  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4298  * PFNs will be 0.
4299  */
4300 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4301                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4302 {
4303         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4304         int i;
4305
4306         *start_pfn = -1UL;
4307         *end_pfn = 0;
4308
4309         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4310                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4311                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4312         }
4313
4314         if (*start_pfn == -1UL)
4315                 *start_pfn = 0;
4316 }
4317
4318 /*
4319  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4320  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4321  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4322  */
4323 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4324 {
4325         int zone_index;
4326         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4327                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4328                         continue;
4329
4330                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4331                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4332                         break;
4333         }
4334
4335         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4336         movable_zone = zone_index;
4337 }
4338
4339 /*
4340  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4341  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4342  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4343  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4344  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4345  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4346  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4347  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4348  */
4349 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4350                                         unsigned long zone_type,
4351                                         unsigned long node_start_pfn,
4352                                         unsigned long node_end_pfn,
4353                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4354                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4355 {
4356         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4357         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4358                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4359                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4360                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4361                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4362                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4363
4364                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4365                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4366                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4367                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4368
4369                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4370                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4371                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4372         }
4373 }
4374
4375 /*
4376  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4377  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4378  */
4379 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4380                                         unsigned long zone_type,
4381                                         unsigned long *ignored)
4382 {
4383         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4384         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4385
4386         /* Get the start and end of the node and zone */
4387         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4388         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4389         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4390         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4391                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4392                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4393
4394         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4395         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4396                 return 0;
4397
4398         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4399         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4400         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4401
4402         /* Return the spanned pages */
4403         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4404 }
4405
4406 /*
4407  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4408  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4409  */
4410 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4411                                 unsigned long range_start_pfn,
4412                                 unsigned long range_end_pfn)
4413 {
4414         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4415         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4416         int i;
4417
4418         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4419                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4420                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4421                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4422         }
4423         return nr_absent;
4424 }
4425
4426 /**
4427  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4428  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4429  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4430  *
4431  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4432  */
4433 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4434                                                         unsigned long end_pfn)
4435 {
4436         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4437 }
4438
4439 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4440 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4441                                         unsigned long zone_type,
4442                                         unsigned long *ignored)
4443 {
4444         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4445         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4446         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4447         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4448
4449         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4450         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4451         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4452
4453         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4454                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4455                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4456         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4457 }
4458
4459 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4460 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4461                                         unsigned long zone_type,
4462                                         unsigned long *zones_size)
4463 {
4464         return zones_size[zone_type];
4465 }
4466
4467 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4468                                                 unsigned long zone_type,
4469                                                 unsigned long *zholes_size)
4470 {
4471         if (!zholes_size)
4472                 return 0;
4473
4474         return zholes_size[zone_type];
4475 }
4476
4477 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4478
4479 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4480                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4481 {
4482         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4483         enum zone_type i;
4484
4485         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4486                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4487                                                                 zones_size);
4488         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4489
4490         realtotalpages = totalpages;
4491         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4492                 realtotalpages -=
4493                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4494                                                                 zholes_size);
4495         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4496         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4497                                                         realtotalpages);
4498 }
4499
4500 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4501 /*
4502  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4503  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4504  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4505  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4506  * bytes.
4507  */
4508 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4509 {
4510         unsigned long usemapsize;
4511
4512         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4513         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4514         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4515         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4516         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4517
4518         return usemapsize / 8;
4519 }
4520
4521 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4522                                 struct zone *zone,
4523                                 unsigned long zone_start_pfn,
4524                                 unsigned long zonesize)
4525 {
4526         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4527         zone->pageblock_flags = NULL;
4528         if (usemapsize)
4529                 zone->pageblock_flags = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat,
4530                                                                    usemapsize);
4531 }
4532 #else
4533 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4534                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4535 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4536
4537 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4538
4539 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4540 void __init set_pageblock_order(void)
4541 {
4542         unsigned int order;
4543
4544         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4545         if (pageblock_order)
4546                 return;
4547
4548         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4549                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4550         else
4551                 order = MAX_ORDER - 1;
4552
4553         /*
4554          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4555          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4556          * powerpc.
4557          */
4558         pageblock_order = order;
4559 }
4560 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4561
4562 /*
4563  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4564  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4565  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4566  * the kernel config
4567  */
4568 void __init set_pageblock_order(void)
4569 {
4570 }
4571
4572 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4573
4574 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4575                                                    unsigned long present_pages)
4576 {
4577         unsigned long pages = spanned_pages;
4578
4579         /*
4580          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4581          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4582          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4583          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4584          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4585          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4586          */
4587         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4588             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4589                 pages = present_pages;
4590
4591         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4592 }
4593
4594 /*
4595  * Set up the zone data structures:
4596  *   - mark all pages reserved
4597  *   - mark all memory queues empty
4598  *   - clear the memory bitmaps
4599  *
4600  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4601  */
4602 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4603                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4604 {
4605         enum zone_type j;
4606         int nid = pgdat->node_id;
4607         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4608         int ret;
4609
4610         pgdat_resize_init(pgdat);
4611 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4612         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4613         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4614         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4615 #endif
4616         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4617         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4618         pgdat_page_cgroup_init(pgdat);
4619
4620         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4621                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4622                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4623
4624                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, zones_size);
4625                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4626                                                                 zholes_size);
4627
4628                 /*
4629                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4630                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4631                  * and per-cpu initialisations
4632                  */
4633                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4634                 if (freesize >= memmap_pages) {
4635                         freesize -= memmap_pages;
4636                         if (memmap_pages)
4637                                 printk(KERN_DEBUG
4638                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4639                                        zone_names[j], memmap_pages);
4640                 } else
4641                         printk(KERN_WARNING
4642                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4643                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4644
4645                 /* Account for reserved pages */
4646                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4647                         freesize -= dma_reserve;
4648                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4649                                         zone_names[0], dma_reserve);
4650                 }
4651
4652                 if (!is_highmem_idx(j))
4653                         nr_kernel_pages += freesize;
4654                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4655                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4656                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4657                 nr_all_pages += freesize;
4658
4659                 zone->spanned_pages = size;
4660                 zone->present_pages = realsize;
4661                 /*
4662                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4663                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4664                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4665                  */
4666                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4667 #ifdef CONFIG_NUMA
4668                 zone->node = nid;
4669                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4670                                                 / 100;
4671                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4672 #endif
4673                 zone->name = zone_names[j];
4674                 spin_lock_init(&zone->lock);
4675                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4676                 zone_seqlock_init(zone);
4677                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4678
4679                 zone_pcp_init(zone);
4680                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4681                 if (!size)
4682                         continue;
4683
4684                 set_pageblock_order();
4685                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4686                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4687                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4688                 BUG_ON(ret);
4689                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4690                 zone_start_pfn += size;
4691         }
4692 }
4693
4694 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4695 {
4696         /* Skip empty nodes */
4697         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4698                 return;
4699
4700 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4701         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4702         if (!pgdat->node_mem_map) {
4703                 unsigned long size, start, end;
4704                 struct page *map;
4705
4706                 /*
4707                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4708                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4709                  * for the buddy allocator to function correctly.
4710                  */
4711                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4712                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4713                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4714                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4715                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4716                 if (!map)
4717                         map = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, size);
4718                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4719         }
4720 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4721         /*
4722          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4723          */
4724         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4725                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4726 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4727                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4728                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4729 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4730         }
4731 #endif
4732 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4733 }
4734
4735 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4736                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4737 {
4738         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4739
4740         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4741         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4742
4743         pgdat->node_id = nid;
4744         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4745         init_zone_allows_reclaim(nid);
4746         calculate_node_totalpages(pgdat, zones_size, zholes_size);
4747
4748         alloc_node_mem_map(pgdat);
4749 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4750         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
4751                 nid, (unsigned long)pgdat,
4752                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
4753 #endif
4754
4755         free_area_init_core(pgdat, zones_size, zholes_size);
4756 }
4757
4758 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4759
4760 #if MAX_NUMNODES > 1
4761 /*
4762  * Figure out the number of possible node ids.
4763  */
4764 void __init setup_nr_node_ids(void)
4765 {
4766         unsigned int node;
4767         unsigned int highest = 0;
4768
4769         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
4770                 highest = node;
4771         nr_node_ids = highest + 1;
4772 }
4773 #endif
4774
4775 /**
4776  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
4777  *
4778  * This function should be called after node map is populated and sorted.
4779  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
4780  * all the nodes.
4781  *
4782  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
4783  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
4784  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
4785  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
4786  *
4787  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
4788  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
4789  * populated node map.
4790  *
4791  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
4792  * requirement (single node).
4793  */
4794 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
4795 {
4796         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
4797         unsigned long start, end, mask;
4798         int last_nid = -1;
4799         int i, nid;
4800
4801         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
4802                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
4803                         last_nid = nid;
4804                         last_end = end;
4805                         continue;
4806                 }
4807
4808                 /*
4809                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
4810                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
4811                  * too coarse to separate the current node from the last.
4812                  */
4813                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
4814                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
4815                         mask <<= 1;
4816
4817                 /* accumulate all internode masks */
4818                 accl_mask |= mask;
4819         }
4820
4821         /* convert mask to number of pages */
4822         return ~accl_mask + 1;
4823 }
4824
4825 /* Find the lowest pfn for a node */
4826 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
4827 {
4828         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
4829         unsigned long start_pfn;
4830         int i;
4831
4832         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
4833                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
4834
4835         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
4836                 printk(KERN_WARNING
4837                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
4838                 return 0;
4839         }
4840
4841         return min_pfn;
4842 }
4843
4844 /**
4845  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
4846  *
4847  * It returns the minimum PFN based on information provided via
4848  * add_active_range().
4849  */
4850 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
4851 {
4852         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
4853 }
4854
4855 /*
4856  * early_calculate_totalpages()
4857  * Sum pages in active regions for movable zone.
4858  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
4859  */
4860 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
4861 {
4862         unsigned long totalpages = 0;
4863         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4864         int i, nid;
4865
4866         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
4867                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
4868
4869                 totalpages += pages;
4870                 if (pages)
4871                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
4872         }
4873         return totalpages;
4874 }
4875
4876 /*
4877  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
4878  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
4879  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
4880  * others
4881  */
4882 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
4883 {
4884         int i, nid;
4885         unsigned long usable_startpfn;
4886         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
4887         /* save the state before borrow the nodemask */
4888         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
4889         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
4890         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
4891
4892         /*
4893          * If movablecore was specified, calculate what size of
4894          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
4895          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
4896          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
4897          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
4898          * what movablecore would have allowed.
4899          */
4900         if (required_movablecore) {
4901                 unsigned long corepages;
4902
4903                 /*
4904                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
4905                  * was requested by the user
4906                  */
4907                 required_movablecore =
4908                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4909                 corepages = totalpages - required_movablecore;
4910
4911                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
4912         }
4913
4914         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
4915         if (!required_kernelcore)
4916                 goto out;
4917
4918         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
4919         find_usable_zone_for_movable();
4920         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
4921
4922 restart:
4923         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
4924         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4925         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
4926                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
4927
4928                 /*
4929                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
4930                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
4931                  * amount of memory for the kernel
4932                  */
4933                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
4934                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4935
4936                 /*
4937                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
4938                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
4939                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
4940                  */
4941                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
4942
4943                 /* Go through each range of PFNs within this node */
4944                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4945                         unsigned long size_pages;
4946
4947                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
4948                         if (start_pfn >= end_pfn)
4949                                 continue;
4950
4951                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
4952                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
4953                                 unsigned long kernel_pages;
4954                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
4955                                                                 - start_pfn;
4956
4957                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
4958                                                         kernelcore_remaining);
4959                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
4960                                                         required_kernelcore);
4961
4962                                 /* Continue if range is now fully accounted */
4963                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
4964
4965                                         /*
4966                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
4967                                          * that if we have to rebalance
4968                                          * kernelcore across nodes, we will
4969                                          * not double account here
4970                                          */
4971                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
4972                                         continue;
4973                                 }
4974                                 start_pfn = usable_startpfn;
4975                         }
4976
4977                         /*
4978                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
4979                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
4980                          * number of pages used as kernelcore
4981                          */
4982                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
4983                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
4984                                 size_pages = kernelcore_remaining;
4985                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
4986
4987                         /*
4988                          * Some kernelcore has been met, update counts and
4989                          * break if the kernelcore for this node has been
4990                          * satisified
4991                          */
4992                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
4993                                                                 size_pages);
4994                         kernelcore_remaining -= size_pages;
4995                         if (!kernelcore_remaining)
4996                                 break;
4997                 }
4998         }
4999
5000         /*
5001          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5002          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5003          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5004          * satisified
5005          */
5006         usable_nodes--;
5007         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5008                 goto restart;
5009
5010         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5011         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5012                 zone_movable_pfn[nid] =
5013                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5014
5015 out:
5016         /* restore the node_state */
5017         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5018 }
5019
5020 /* Any regular or high memory on that node ? */
5021 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5022 {
5023         enum zone_type zone_type;
5024
5025         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5026                 return;
5027
5028         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5029                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5030                 if (zone->present_pages) {
5031                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5032                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5033                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5034                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5035                         break;
5036                 }
5037         }
5038 }
5039
5040 /**
5041  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5042  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5043  *
5044  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5045  * Using the page ranges provided by add_active_range(), the size of each
5046  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5047  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5048  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5049  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5050  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5051  * at arch_max_dma_pfn.
5052  */
5053 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5054 {
5055         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5056         int i, nid;
5057
5058         /* Record where the zone boundaries are */
5059         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5060                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5061         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5062                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5063         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5064         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5065         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5066                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5067                         continue;
5068                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5069                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5070                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5071                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5072         }
5073         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5074         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5075
5076         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5077         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5078         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5079
5080         /* Print out the zone ranges */
5081         printk("Zone ranges:\n");
5082         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5083                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5084                         continue;
5085                 printk(KERN_CONT "  %-8s ", zone_names[i]);
5086                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5087                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5088                         printk(KERN_CONT "empty\n");
5089                 else
5090                         printk(KERN_CONT "[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5091                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5092                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5093                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5094         }
5095
5096         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5097         printk("Movable zone start for each node\n");
5098         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5099                 if (zone_movable_pfn[i])
5100                         printk("  Node %d: %#010lx\n", i,
5101                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5102         }
5103
5104         /* Print out the early node map */
5105         printk("Early memory node ranges\n");
5106         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5107                 printk("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5108                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5109
5110         /* Initialise every node */
5111         mminit_verify_pageflags_layout();
5112         setup_nr_node_ids();
5113         for_each_online_node(nid) {
5114                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5115                 free_area_init_node(nid, NULL,
5116                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5117
5118                 /* Any memory on that node */
5119                 if (pgdat->node_present_pages)
5120                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5121                 check_for_memory(pgdat, nid);
5122         }
5123 }
5124
5125 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5126 {
5127         unsigned long long coremem;
5128         if (!p)
5129                 return -EINVAL;
5130
5131         coremem = memparse(p, &p);
5132         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5133
5134         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5135         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5136
5137         return 0;
5138 }
5139
5140 /*
5141  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5142  * cannot be reclaimed or migrated.
5143  */
5144 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5145 {
5146         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5147 }
5148
5149 /*
5150  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5151  * can be reclaimed or migrated.
5152  */
5153 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5154 {
5155         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5156 }
5157
5158 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5159 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5160
5161 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5162
5163 unsigned long free_reserved_area(unsigned long start, unsigned long end,
5164                                  int poison, char *s)
5165 {
5166         unsigned long pages, pos;
5167
5168         pos = start = PAGE_ALIGN(start);
5169         end &= PAGE_MASK;
5170         for (pages = 0; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5171                 if (poison)
5172                         memset((void *)pos, poison, PAGE_SIZE);
5173                 free_reserved_page(virt_to_page((void *)pos));
5174         }
5175
5176         if (pages && s)
5177                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%lx - %lx)\n",
5178                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5179
5180         return pages;
5181 }
5182
5183 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5184 void free_highmem_page(struct page *page)
5185 {
5186         __free_reserved_page(page);
5187         totalram_pages++;
5188         totalhigh_pages++;
5189 }
5190 #endif
5191
5192 /**
5193  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5194  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5195  *
5196  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5197  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5198  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5199  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5200  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5201  * smaller per-cpu batchsize.
5202  */
5203 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5204 {
5205         dma_reserve = new_dma_reserve;
5206 }
5207
5208 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5209 {
5210         free_area_init_node(0, zones_size,
5211                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5212 }
5213
5214 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5215                                  unsigned long action, void *hcpu)
5216 {
5217         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5218
5219         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5220                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5221                 drain_pages(cpu);
5222
5223                 /*
5224                  * Spill the event counters of the dead processor
5225                  * into the current processors event counters.
5226                  * This artificially elevates the count of the current
5227                  * processor.
5228                  */
5229                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5230
5231                 /*
5232                  * Zero the differential counters of the dead processor
5233                  * so that the vm statistics are consistent.
5234                  *
5235                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5236                  * race with what we are doing.
5237                  */
5238                 refresh_cpu_vm_stats(cpu);
5239         }
5240         return NOTIFY_OK;
5241 }
5242
5243 void __init page_alloc_init(void)
5244 {
5245         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5246 }
5247
5248 /*
5249  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5250  *      or min_free_kbytes changes.
5251  */
5252 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5253 {
5254         struct pglist_data *pgdat;
5255         unsigned long reserve_pages = 0;
5256         enum zone_type i, j;
5257
5258         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5259                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5260                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5261                         unsigned long max = 0;
5262
5263                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5264                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5265                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5266                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5267                         }
5268
5269                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5270                         max += high_wmark_pages(zone);
5271
5272                         if (max > zone->managed_pages)
5273                                 max = zone->managed_pages;
5274                         reserve_pages += max;
5275                         /*
5276                          * Lowmem reserves are not available to
5277                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5278                          * kswapd tries to balance zones to their high
5279                          * watermark.  As a result, neither should be
5280                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5281                          * situation where reclaim has to clean pages
5282                          * in order to balance the zones.
5283                          */
5284                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5285                 }
5286         }
5287         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5288         totalreserve_pages = reserve_pages;
5289 }
5290
5291 /*
5292  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5293  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5294  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5295  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5296  */
5297 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5298 {
5299         struct pglist_data *pgdat;
5300         enum zone_type j, idx;
5301
5302         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5303                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5304                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5305                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5306
5307                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5308
5309                         idx = j;
5310                         while (idx) {
5311                                 struct zone *lower_zone;
5312
5313                                 idx--;
5314
5315                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5316                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5317
5318                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5319                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5320                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5321                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5322                         }
5323                 }
5324         }
5325
5326         /* update totalreserve_pages */
5327         calculate_totalreserve_pages();
5328 }
5329
5330 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5331 {
5332         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5333         unsigned long lowmem_pages = 0;
5334         struct zone *zone;
5335         unsigned long flags;
5336
5337         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5338         for_each_zone(zone) {
5339                 if (!is_highmem(zone))
5340                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5341         }
5342
5343         for_each_zone(zone) {
5344                 u64 tmp;
5345
5346                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5347                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5348                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5349                 if (is_highmem(zone)) {
5350                         /*
5351                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5352                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5353                          * value here.
5354                          *
5355                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5356                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5357                          * not be capped for highmem.
5358                          */
5359                         unsigned long min_pages;
5360
5361                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5362                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5363                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5364                 } else {
5365                         /*
5366                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5367                          * proportionate to the zone's size.
5368                          */
5369                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5370                 }
5371
5372                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5373                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5374
5375                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5376                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5377         }
5378
5379         /* update totalreserve_pages */
5380         calculate_totalreserve_pages();
5381 }
5382
5383 /**
5384  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5385  * or when memory is hot-{added|removed}
5386  *
5387  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5388  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5389  */
5390 void setup_per_zone_wmarks(void)
5391 {
5392         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5393         __setup_per_zone_wmarks();
5394         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5395 }
5396
5397 /*
5398  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5399  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5400  * to be referenced again before it is swapped out.
5401  *
5402  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5403  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5404  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5405  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5406  *
5407  * total     target    max
5408  * memory    ratio     inactive anon
5409  * -------------------------------------
5410  *   10MB       1         5MB
5411  *  100MB       1        50MB
5412  *    1GB       3       250MB
5413  *   10GB      10       0.9GB
5414  *  100GB      31         3GB
5415  *    1TB     101        10GB
5416  *   10TB     320        32GB
5417  */
5418 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5419 {
5420         unsigned int gb, ratio;
5421
5422         /* Zone size in gigabytes */
5423         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5424         if (gb)
5425                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5426         else
5427                 ratio = 1;
5428
5429         zone->inactive_ratio = ratio;
5430 }
5431
5432 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5433 {
5434         struct zone *zone;
5435
5436         for_each_zone(zone)
5437                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5438 }
5439
5440 /*
5441  * Initialise min_free_kbytes.
5442  *
5443  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5444  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5445  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5446  *
5447  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5448  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5449  *
5450  * which yields
5451  *
5452  * 16MB:        512k
5453  * 32MB:        724k
5454  * 64MB:        1024k
5455  * 128MB:       1448k
5456  * 256MB:       2048k
5457  * 512MB:       2896k
5458  * 1024MB:      4096k
5459  * 2048MB:      5792k
5460  * 4096MB:      8192k
5461  * 8192MB:      11584k
5462  * 16384MB:     16384k
5463  */
5464 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5465 {
5466         unsigned long lowmem_kbytes;
5467
5468         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5469
5470         min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5471         if (min_free_kbytes < 128)
5472                 min_free_kbytes = 128;
5473         if (min_free_kbytes > 65536)
5474                 min_free_kbytes = 65536;
5475         setup_per_zone_wmarks();
5476         refresh_zone_stat_thresholds();
5477         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5478         setup_per_zone_inactive_ratio();
5479         return 0;
5480 }
5481 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5482
5483 /*
5484  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so 
5485  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5486  *      changes.
5487  */
5488 int min_free_kbytes_sysctl_handler(ctl_table *table, int write, 
5489         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5490 {
5491         proc_dointvec(table, write, buffer, length, ppos);
5492         if (write)
5493                 setup_per_zone_wmarks();
5494         return 0;
5495 }
5496
5497 #ifdef CONFIG_NUMA
5498 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5499         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5500 {
5501         struct zone *zone;
5502         int rc;
5503
5504         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5505         if (rc)
5506                 return rc;
5507
5508         for_each_zone(zone)
5509                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5510                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5511         return 0;
5512 }
5513
5514 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5515         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5516 {
5517         struct zone *zone;
5518         int rc;
5519
5520         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5521         if (rc)
5522                 return rc;
5523
5524         for_each_zone(zone)
5525                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5526                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5527         return 0;
5528 }
5529 #endif
5530
5531 /*
5532  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5533  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5534  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5535  *
5536  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5537  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5538  * if in function of the boot time zone sizes.
5539  */
5540 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5541         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5542 {
5543         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5544         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5545         return 0;
5546 }
5547
5548 /*
5549  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5550  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu pagelist
5551  * can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5552  */
5553
5554 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5555         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5556 {
5557         struct zone *zone;
5558         unsigned int cpu;
5559         int ret;
5560
5561         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5562         if (!write || (ret < 0))
5563                 return ret;
5564         for_each_populated_zone(zone) {
5565                 for_each_possible_cpu(cpu) {
5566                         unsigned long  high;
5567                         high = zone->managed_pages / percpu_pagelist_fraction;
5568                         setup_pagelist_highmark(
5569                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu), high);
5570                 }
5571         }
5572         return 0;
5573 }
5574
5575 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5576
5577 #ifdef CONFIG_NUMA
5578 static int __init set_hashdist(char *str)
5579 {
5580         if (!str)
5581                 return 0;
5582         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5583         return 1;
5584 }
5585 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5586 #endif
5587
5588 /*
5589  * allocate a large system hash table from bootmem
5590  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5591  *   quantity of entries
5592  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5593  */
5594 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5595                                      unsigned long bucketsize,
5596                                      unsigned long numentries,
5597                                      int scale,
5598                                      int flags,
5599                                      unsigned int *_hash_shift,
5600                                      unsigned int *_hash_mask,
5601                                      unsigned long low_limit,
5602                                      unsigned long high_limit)
5603 {
5604         unsigned long long max = high_limit;
5605         unsigned long log2qty, size;
5606         void *table = NULL;
5607
5608         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5609         if (!numentries) {
5610                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5611                 numentries = nr_kernel_pages;
5612                 numentries += (1UL << (20 - PAGE_SHIFT)) - 1;
5613                 numentries >>= 20 - PAGE_SHIFT;
5614                 numentries <<= 20 - PAGE_SHIFT;
5615
5616                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5617                 if (scale > PAGE_SHIFT)
5618                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
5619                 else
5620                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
5621
5622                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
5623                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
5624                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
5625                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
5626                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
5627                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
5628                                 BUG_ON(!numentries);
5629                         }
5630                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
5631                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
5632         }
5633         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
5634
5635         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
5636         if (max == 0) {
5637                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
5638                 do_div(max, bucketsize);
5639         }
5640         max = min(max, 0x80000000ULL);
5641
5642         if (numentries < low_limit)
5643                 numentries = low_limit;
5644         if (numentries > max)
5645                 numentries = max;
5646
5647         log2qty = ilog2(numentries);
5648
5649         do {
5650                 size = bucketsize << log2qty;
5651                 if (flags & HASH_EARLY)
5652                         table = alloc_bootmem_nopanic(size);
5653                 else if (hashdist)
5654                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
5655                 else {
5656                         /*
5657                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
5658                          * some pages at the end of hash table which
5659                          * alloc_pages_exact() automatically does
5660                          */
5661                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
5662                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
5663                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
5664                         }
5665                 }
5666         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
5667
5668         if (!table)
5669                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
5670
5671         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
5672                tablename,
5673                (1UL << log2qty),
5674                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
5675                size);
5676
5677         if (_hash_shift)
5678                 *_hash_shift = log2qty;
5679         if (_hash_mask)
5680                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
5681
5682         return table;
5683 }
5684
5685 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
5686 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
5687                                                         unsigned long pfn)
5688 {
5689 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5690         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
5691 #else
5692         return zone->pageblock_flags;
5693 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5694 }
5695
5696 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
5697 {
5698 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5699         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
5700         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5701 #else
5702         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
5703         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5704 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5705 }
5706
5707 /**
5708  * get_pageblock_flags_group - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
5709  * @page: The page within the block of interest
5710  * @start_bitidx: The first bit of interest to retrieve
5711  * @end_bitidx: The last bit of interest
5712  * returns pageblock_bits flags
5713  */
5714 unsigned long get_pageblock_flags_group(struct page *page,
5715                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5716 {
5717         struct zone *zone;
5718         unsigned long *bitmap;
5719         unsigned long pfn, bitidx;
5720         unsigned long flags = 0;
5721         unsigned long value = 1;
5722
5723         zone = page_zone(page);
5724         pfn = page_to_pfn(page);
5725         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5726         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5727
5728         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5729                 if (test_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap))
5730                         flags |= value;
5731
5732         return flags;
5733 }
5734
5735 /**
5736  * set_pageblock_flags_group - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
5737  * @page: The page within the block of interest
5738  * @start_bitidx: The first bit of interest
5739  * @end_bitidx: The last bit of interest
5740  * @flags: The flags to set
5741  */
5742 void set_pageblock_flags_group(struct page *page, unsigned long flags,
5743                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5744 {
5745         struct zone *zone;
5746         unsigned long *bitmap;
5747         unsigned long pfn, bitidx;
5748         unsigned long value = 1;
5749
5750         zone = page_zone(page);
5751         pfn = page_to_pfn(page);
5752         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5753         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5754         VM_BUG_ON(!zone_spans_pfn(zone, pfn));
5755
5756         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5757                 if (flags & value)
5758                         __set_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5759                 else
5760                         __clear_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5761 }
5762
5763 /*
5764  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
5765  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
5766  *
5767  * PageLRU check wihtout isolation or lru_lock could race so that
5768  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
5769  * expect this function should be exact.
5770  */
5771 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
5772                          bool skip_hwpoisoned_pages)
5773 {
5774         unsigned long pfn, iter, found;
5775         int mt;
5776
5777         /*
5778          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
5779          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
5780          */
5781         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
5782                 return false;
5783         mt = get_pageblock_migratetype(page);
5784         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
5785                 return false;
5786
5787         pfn = page_to_pfn(page);
5788         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
5789                 unsigned long check = pfn + iter;
5790
5791                 if (!pfn_valid_within(check))
5792                         continue;
5793
5794                 page = pfn_to_page(check);
5795                 /*
5796                  * We can't use page_count without pin a page
5797                  * because another CPU can free compound page.
5798                  * This check already skips compound tails of THP
5799                  * because their page->_count is zero at all time.
5800                  */
5801                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
5802                         if (PageBuddy(page))
5803                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
5804                         continue;
5805                 }
5806
5807                 /*
5808                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
5809                  * page_count() is not 0.
5810                  */
5811                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
5812                         continue;
5813
5814                 if (!PageLRU(page))
5815                         found++;
5816                 /*
5817                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
5818                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
5819                  * and it still to be fixed.
5820                  */
5821                 /*
5822                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
5823                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
5824                  *
5825                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
5826                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
5827                  * page at boot.
5828                  */
5829                 if (found > count)
5830                         return true;
5831         }
5832         return false;
5833 }
5834
5835 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
5836 {
5837         struct zone *zone;
5838         unsigned long pfn;
5839
5840         /*
5841          * We have to be careful here because we are iterating over memory
5842          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
5843          * the zone but still within the section.
5844          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
5845          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
5846          */
5847         if (!node_online(page_to_nid(page)))
5848                 return false;
5849
5850         zone = page_zone(page);
5851         pfn = page_to_pfn(page);
5852         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
5853                 return false;
5854
5855         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
5856 }
5857
5858 #ifdef CONFIG_CMA
5859
5860 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
5861 {
5862         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5863                              pageblock_nr_pages) - 1);
5864 }
5865
5866 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
5867 {
5868         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5869                                 pageblock_nr_pages));
5870 }
5871
5872 /* [start, end) must belong to a single zone. */
5873 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
5874                                         unsigned long start, unsigned long end)
5875 {
5876         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
5877         unsigned long nr_reclaimed;
5878         unsigned long pfn = start;
5879         unsigned int tries = 0;
5880         int ret = 0;
5881
5882         migrate_prep();
5883
5884         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
5885                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5886                         ret = -EINTR;
5887                         break;
5888                 }
5889
5890                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
5891                         cc->nr_migratepages = 0;
5892                         pfn = isolate_migratepages_range(cc->zone, cc,
5893                                                          pfn, end, true);
5894                         if (!pfn) {
5895                                 ret = -EINTR;
5896                                 break;
5897                         }
5898                         tries = 0;
5899                 } else if (++tries == 5) {
5900                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
5901                         break;
5902                 }
5903
5904                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
5905                                                         &cc->migratepages);
5906                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
5907
5908                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
5909                                     0, MIGRATE_SYNC, MR_CMA);
5910         }
5911         if (ret < 0) {
5912                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
5913                 return ret;
5914         }
5915         return 0;
5916 }
5917
5918 /**
5919  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
5920  * @start:      start PFN to allocate
5921  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
5922  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
5923  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
5924  *                      in range must have the same migratetype and it must
5925  *                      be either of the two.
5926  *
5927  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
5928  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
5929  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
5930  * pages fall in.
5931  *
5932  * The PFN range must belong to a single zone.
5933  *
5934  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
5935  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
5936  * need to be freed with free_contig_range().
5937  */
5938 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
5939                        unsigned migratetype)
5940 {
5941         unsigned long outer_start, outer_end;
5942         int ret = 0, order;
5943
5944         struct compact_control cc = {
5945                 .nr_migratepages = 0,
5946                 .order = -1,
5947                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
5948                 .sync = true,
5949                 .ignore_skip_hint = true,
5950         };
5951         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
5952
5953         /*
5954          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
5955          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
5956          * have different sizes, and due to the way page allocator
5957          * work, we align the range to biggest of the two pages so
5958          * that page allocator won't try to merge buddies from
5959          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
5960          * other migration type.
5961          *
5962          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
5963          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
5964          * we are interested in).  This will put all the pages in
5965          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
5966          *
5967          * When this is done, we take the pages in range from page
5968          * allocator removing them from the buddy system.  This way
5969          * page allocator will never consider using them.
5970          *
5971          * This lets us mark the pageblocks back as
5972          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
5973          * aligned range but not in the unaligned, original range are
5974          * put back to page allocator so that buddy can use them.
5975          */
5976
5977         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
5978                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
5979                                        false);
5980         if (ret)
5981                 return ret;
5982
5983         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
5984         if (ret)
5985                 goto done;
5986
5987         /*
5988          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
5989          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
5990          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
5991          * What we are going to do is to allocate all pages from
5992          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
5993          *
5994          * The only problem is that pages at the beginning and at the
5995          * end of interesting range may be not aligned with pages that
5996          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
5997          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
5998          * once this is done free the pages we are not interested in.
5999          *
6000          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6001          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6002          */
6003
6004         lru_add_drain_all();
6005         drain_all_pages();
6006
6007         order = 0;
6008         outer_start = start;
6009         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6010                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6011                         ret = -EBUSY;
6012                         goto done;
6013                 }
6014                 outer_start &= ~0UL << order;
6015         }
6016
6017         /* Make sure the range is really isolated. */
6018         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6019                 pr_warn("alloc_contig_range test_pages_isolated(%lx, %lx) failed\n",
6020                        outer_start, end);
6021                 ret = -EBUSY;
6022                 goto done;
6023         }
6024
6025
6026         /* Grab isolated pages from freelists. */
6027         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6028         if (!outer_end) {
6029                 ret = -EBUSY;
6030                 goto done;
6031         }
6032
6033         /* Free head and tail (if any) */
6034         if (start != outer_start)
6035                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6036         if (end != outer_end)
6037                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6038
6039 done:
6040         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6041                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6042         return ret;
6043 }
6044
6045 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6046 {
6047         unsigned int count = 0;
6048
6049         for (; nr_pages--; pfn++) {
6050                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6051
6052                 count += page_count(page) != 1;
6053                 __free_page(page);
6054         }
6055         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6056 }
6057 #endif
6058
6059 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6060 static int __meminit __zone_pcp_update(void *data)
6061 {
6062         struct zone *zone = data;
6063         int cpu;
6064         unsigned long batch = zone_batchsize(zone), flags;
6065
6066         for_each_possible_cpu(cpu) {
6067                 struct per_cpu_pageset *pset;
6068                 struct per_cpu_pages *pcp;
6069
6070                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6071                 pcp = &pset->pcp;
6072
6073                 local_irq_save(flags);
6074                 if (pcp->count > 0)
6075                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
6076                 drain_zonestat(zone, pset);
6077                 setup_pageset(pset, batch);
6078                 local_irq_restore(flags);
6079         }
6080         return 0;
6081 }
6082
6083 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6084 {
6085         stop_machine(__zone_pcp_update, zone, NULL);
6086 }
6087 #endif
6088
6089 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6090 {
6091         unsigned long flags;
6092         int cpu;
6093         struct per_cpu_pageset *pset;
6094
6095         /* avoid races with drain_pages()  */
6096         local_irq_save(flags);
6097         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6098                 for_each_online_cpu(cpu) {
6099                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6100                         drain_zonestat(zone, pset);
6101                 }
6102                 free_percpu(zone->pageset);
6103                 zone->pageset = &boot_pageset;
6104         }
6105         local_irq_restore(flags);
6106 }
6107
6108 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6109 /*
6110  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6111  */
6112 void
6113 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6114 {
6115         struct page *page;
6116         struct zone *zone;
6117         int order, i;
6118         unsigned long pfn;
6119         unsigned long flags;
6120         /* find the first valid pfn */
6121         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6122                 if (pfn_valid(pfn))
6123                         break;
6124         if (pfn == end_pfn)
6125                 return;
6126         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6127         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6128         pfn = start_pfn;
6129         while (pfn < end_pfn) {
6130                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6131                         pfn++;
6132                         continue;
6133                 }
6134                 page = pfn_to_page(pfn);
6135                 /*
6136                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6137                  * page_count() is not 0.
6138                  */
6139                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6140                         pfn++;
6141                         SetPageReserved(page);
6142                         continue;
6143                 }
6144
6145                 BUG_ON(page_count(page));
6146                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6147                 order = page_order(page);
6148 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6149                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6150                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6151 #endif
6152                 list_del(&page->lru);
6153                 rmv_page_order(page);
6154                 zone->free_area[order].nr_free--;
6155 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6156                 if (PageHighMem(page))
6157                         totalhigh_pages -= 1 << order;
6158 #endif
6159                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6160                         SetPageReserved((page+i));
6161                 pfn += (1 << order);
6162         }
6163         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6164 }
6165 #endif
6166
6167 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6168 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6169 {
6170         struct zone *zone = page_zone(page);
6171         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6172         unsigned long flags;
6173         int order;
6174
6175         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6176         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6177                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6178
6179                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6180                         break;
6181         }
6182         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6183
6184         return order < MAX_ORDER;
6185 }
6186 #endif
6187
6188 static const struct trace_print_flags pageflag_names[] = {
6189         {1UL << PG_locked,              "locked"        },
6190         {1UL << PG_error,               "error"         },
6191         {1UL << PG_referenced,          "referenced"    },
6192         {1UL << PG_uptodate,            "uptodate"      },
6193         {1UL << PG_dirty,               "dirty"         },
6194         {1UL << PG_lru,                 "lru"           },
6195         {1UL << PG_active,              "active"        },
6196         {1UL << PG_slab,                "slab"          },
6197         {1UL << PG_owner_priv_1,        "owner_priv_1"  },
6198         {1UL << PG_arch_1,              "arch_1"        },
6199         {1UL << PG_reserved,            "reserved"      },
6200         {1UL << PG_private,             "private"       },
6201         {1UL << PG_private_2,           "private_2"     },
6202         {1UL << PG_writeback,           "writeback"     },
6203 #ifdef CONFIG_PAGEFLAGS_EXTENDED
6204         {1UL << PG_head,                "head"          },
6205         {1UL << PG_tail,                "tail"          },
6206 #else
6207         {1UL << PG_compound,            "compound"      },
6208 #endif
6209         {1UL << PG_swapcache,           "swapcache"     },
6210         {1UL << PG_mappedtodisk,        "mappedtodisk"  },
6211         {1UL << PG_reclaim,             "reclaim"       },
6212         {1UL << PG_swapbacked,          "swapbacked"    },
6213         {1UL << PG_unevictable,         "unevictable"   },
6214 #ifdef CONFIG_MMU
6215         {1UL << PG_mlocked,             "mlocked"       },
6216 #endif
6217 #ifdef CONFIG_ARCH_USES_PG_UNCACHED
6218         {1UL << PG_uncached,            "uncached"      },
6219 #endif
6220 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6221         {1UL << PG_hwpoison,            "hwpoison"      },
6222 #endif
6223 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6224         {1UL << PG_compound_lock,       "compound_lock" },
6225 #endif
6226 };
6227
6228 static void dump_page_flags(unsigned long flags)
6229 {
6230         const char *delim = "";
6231         unsigned long mask;
6232         int i;
6233
6234         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(pageflag_names) != __NR_PAGEFLAGS);
6235
6236         printk(KERN_ALERT "page flags: %#lx(", flags);
6237
6238         /* remove zone id */
6239         flags &= (1UL << NR_PAGEFLAGS) - 1;
6240
6241         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pageflag_names) && flags; i++) {
6242
6243                 mask = pageflag_names[i].mask;
6244                 if ((flags & mask) != mask)
6245                         continue;
6246
6247                 flags &= ~mask;
6248                 printk("%s%s", delim, pageflag_names[i].name);
6249                 delim = "|";
6250         }
6251
6252         /* check for left over flags */
6253         if (flags)
6254                 printk("%s%#lx", delim, flags);
6255
6256         printk(")\n");
6257 }
6258
6259 void dump_page(struct page *page)
6260 {
6261         printk(KERN_ALERT
6262                "page:%p count:%d mapcount:%d mapping:%p index:%#lx\n",
6263                 page, atomic_read(&page->_count), page_mapcount(page),
6264                 page->mapping, page->index);
6265         dump_page_flags(page->flags);
6266         mem_cgroup_print_bad_page(page);
6267 }