rk3228: initialize platform data
[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 /*
200  * Try to keep at least this much lowmem free.  Do not allow normal
201  * allocations below this point, only high priority ones. Automatically
202  * tuned according to the amount of memory in the system.
203  */
204 int min_free_kbytes = 1024;
205 int min_free_order_shift = 1;
206
207 /*
208  * Extra memory for the system to try freeing. Used to temporarily
209  * free memory, to make space for new workloads. Anyone can allocate
210  * down to the min watermarks controlled by min_free_kbytes above.
211  */
212 int extra_free_kbytes = 0;
213
214 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
215 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
216 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
217
218 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
221 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
222 static unsigned long __initdata required_movablecore;
223 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
224
225 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
226 int movable_zone;
227 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
228 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
229
230 #if MAX_NUMNODES > 1
231 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
232 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
233 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
234 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
235 #endif
236
237 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
238
239 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
240 {
241
242         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled))
243                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
244
245         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
246                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
247 }
248
249 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
250
251 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
252 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
253 {
254         int ret = 0;
255         unsigned seq;
256         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
257         unsigned long sp, start_pfn;
258
259         do {
260                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
261                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
262                 sp = zone->spanned_pages;
263                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
264                         ret = 1;
265         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
266
267         if (ret)
268                 pr_err("page %lu outside zone [ %lu - %lu ]\n",
269                         pfn, start_pfn, start_pfn + sp);
270
271         return ret;
272 }
273
274 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
275 {
276         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
277                 return 0;
278         if (zone != page_zone(page))
279                 return 0;
280
281         return 1;
282 }
283 /*
284  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
285  */
286 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
287 {
288         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
289                 return 1;
290         if (!page_is_consistent(zone, page))
291                 return 1;
292
293         return 0;
294 }
295 #else
296 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
297 {
298         return 0;
299 }
300 #endif
301
302 static void bad_page(struct page *page)
303 {
304         static unsigned long resume;
305         static unsigned long nr_shown;
306         static unsigned long nr_unshown;
307
308         /* Don't complain about poisoned pages */
309         if (PageHWPoison(page)) {
310                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
311                 return;
312         }
313
314         /*
315          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
316          * or allow a steady drip of one report per second.
317          */
318         if (nr_shown == 60) {
319                 if (time_before(jiffies, resume)) {
320                         nr_unshown++;
321                         goto out;
322                 }
323                 if (nr_unshown) {
324                         printk(KERN_ALERT
325                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
326                                 nr_unshown);
327                         nr_unshown = 0;
328                 }
329                 nr_shown = 0;
330         }
331         if (nr_shown++ == 0)
332                 resume = jiffies + 60 * HZ;
333
334         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
335                 current->comm, page_to_pfn(page));
336         dump_page(page);
337
338         print_modules();
339         dump_stack();
340 out:
341         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
342         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
343         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
344 }
345
346 /*
347  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
348  *
349  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
350  *
351  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
352  *
353  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
354  * pointing at the head page.
355  *
356  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
357  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
358  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
359  */
360
361 static void free_compound_page(struct page *page)
362 {
363         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
364 }
365
366 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
367 {
368         int i;
369         int nr_pages = 1 << order;
370
371         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
372         set_compound_order(page, order);
373         __SetPageHead(page);
374         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
375                 struct page *p = page + i;
376                 set_page_count(p, 0);
377                 p->first_page = page;
378                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
379                 smp_wmb();
380                 __SetPageTail(p);
381         }
382 }
383
384 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
385 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
386 {
387         int i;
388         int nr_pages = 1 << order;
389         int bad = 0;
390
391         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
392                 bad_page(page);
393                 bad++;
394         }
395
396         __ClearPageHead(page);
397
398         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
399                 struct page *p = page + i;
400
401                 if (unlikely(!PageTail(p) || (p->first_page != page))) {
402                         bad_page(page);
403                         bad++;
404                 }
405                 __ClearPageTail(p);
406         }
407
408         return bad;
409 }
410
411 static inline void prep_zero_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
412 {
413         int i;
414
415         /*
416          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
417          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
418          */
419         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
420         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
421                 clear_highpage(page + i);
422 }
423
424 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
425 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
426
427 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
428 {
429         unsigned long res;
430
431         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
432                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
433                 return 0;
434         }
435         _debug_guardpage_minorder = res;
436         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
437         return 0;
438 }
439 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
440
441 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
442 {
443         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
444 }
445
446 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
447 {
448         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
449 }
450 #else
451 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
452 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
453 #endif
454
455 static inline void set_page_order(struct page *page, int order)
456 {
457         set_page_private(page, order);
458         __SetPageBuddy(page);
459 }
460
461 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
462 {
463         __ClearPageBuddy(page);
464         set_page_private(page, 0);
465 }
466
467 /*
468  * Locate the struct page for both the matching buddy in our
469  * pair (buddy1) and the combined O(n+1) page they form (page).
470  *
471  * 1) Any buddy B1 will have an order O twin B2 which satisfies
472  * the following equation:
473  *     B2 = B1 ^ (1 << O)
474  * For example, if the starting buddy (buddy2) is #8 its order
475  * 1 buddy is #10:
476  *     B2 = 8 ^ (1 << 1) = 8 ^ 2 = 10
477  *
478  * 2) Any buddy B will have an order O+1 parent P which
479  * satisfies the following equation:
480  *     P = B & ~(1 << O)
481  *
482  * Assumption: *_mem_map is contiguous at least up to MAX_ORDER
483  */
484 static inline unsigned long
485 __find_buddy_index(unsigned long page_idx, unsigned int order)
486 {
487         return page_idx ^ (1 << order);
488 }
489
490 /*
491  * This function checks whether a page is free && is the buddy
492  * we can do coalesce a page and its buddy if
493  * (a) the buddy is not in a hole &&
494  * (b) the buddy is in the buddy system &&
495  * (c) a page and its buddy have the same order &&
496  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
497  *
498  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount -2.
499  * Setting, clearing, and testing _mapcount -2 is serialized by zone->lock.
500  *
501  * For recording page's order, we use page_private(page).
502  */
503 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
504                                                                 int order)
505 {
506         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
507                 return 0;
508
509         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
510                 return 0;
511
512         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
513                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
514                 return 1;
515         }
516
517         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
518                 VM_BUG_ON(page_count(buddy) != 0);
519                 return 1;
520         }
521         return 0;
522 }
523
524 /*
525  * Freeing function for a buddy system allocator.
526  *
527  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
528  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
529  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
530  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
531  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
532  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
533  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
534  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
535  * parts of the VM system.
536  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
537  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount -2. Page's
538  * order is recorded in page_private(page) field.
539  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
540  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
541  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
542  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
543  * triggers coalescing into a block of larger size.
544  *
545  * -- nyc
546  */
547
548 static inline void __free_one_page(struct page *page,
549                 struct zone *zone, unsigned int order,
550                 int migratetype)
551 {
552         unsigned long page_idx;
553         unsigned long combined_idx;
554         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
555         struct page *buddy;
556
557         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
558
559         if (unlikely(PageCompound(page)))
560                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
561                         return;
562
563         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
564
565         page_idx = page_to_pfn(page) & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
566
567         VM_BUG_ON(page_idx & ((1 << order) - 1));
568         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
569
570         while (order < MAX_ORDER-1) {
571                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
572                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
573                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
574                         break;
575                 /*
576                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
577                  * merge with it and move up one order.
578                  */
579                 if (page_is_guard(buddy)) {
580                         clear_page_guard_flag(buddy);
581                         set_page_private(page, 0);
582                         __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
583                                                   migratetype);
584                 } else {
585                         list_del(&buddy->lru);
586                         zone->free_area[order].nr_free--;
587                         rmv_page_order(buddy);
588                 }
589                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
590                 page = page + (combined_idx - page_idx);
591                 page_idx = combined_idx;
592                 order++;
593         }
594         set_page_order(page, order);
595
596         /*
597          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
598          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
599          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
600          * that is happening, add the free page to the tail of the list
601          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
602          * as a higher order page
603          */
604         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
605                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
606                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
607                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
608                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
609                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
610                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
611                         list_add_tail(&page->lru,
612                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
613                         goto out;
614                 }
615         }
616
617         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
618 out:
619         zone->free_area[order].nr_free++;
620 }
621
622 static inline int free_pages_check(struct page *page)
623 {
624         if (unlikely(page_mapcount(page) |
625                 (page->mapping != NULL)  |
626                 (atomic_read(&page->_count) != 0) |
627                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE) |
628                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
629                 bad_page(page);
630                 return 1;
631         }
632         page_nid_reset_last(page);
633         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
634                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
635         return 0;
636 }
637
638 /*
639  * Frees a number of pages from the PCP lists
640  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
641  * count is the number of pages to free.
642  *
643  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
644  * see if this freeing clears that state.
645  *
646  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
647  * pinned" detection logic.
648  */
649 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
650                                         struct per_cpu_pages *pcp)
651 {
652         int migratetype = 0;
653         int batch_free = 0;
654         int to_free = count;
655
656         spin_lock(&zone->lock);
657         zone->all_unreclaimable = 0;
658         zone->pages_scanned = 0;
659
660         while (to_free) {
661                 struct page *page;
662                 struct list_head *list;
663
664                 /*
665                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
666                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
667                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
668                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
669                  * lists
670                  */
671                 do {
672                         batch_free++;
673                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
674                                 migratetype = 0;
675                         list = &pcp->lists[migratetype];
676                 } while (list_empty(list));
677
678                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
679                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
680                         batch_free = to_free;
681
682                 do {
683                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
684
685                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
686                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
687                         list_del(&page->lru);
688                         mt = get_freepage_migratetype(page);
689                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
690                         __free_one_page(page, zone, 0, mt);
691                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
692                         if (likely(!is_migrate_isolate_page(page))) {
693                                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, 1);
694                                 if (is_migrate_cma(mt))
695                                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, 1);
696                         }
697                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
698         }
699         spin_unlock(&zone->lock);
700 }
701
702 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page, int order,
703                                 int migratetype)
704 {
705         spin_lock(&zone->lock);
706         zone->all_unreclaimable = 0;
707         zone->pages_scanned = 0;
708
709         __free_one_page(page, zone, order, migratetype);
710         if (unlikely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
711                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
712         spin_unlock(&zone->lock);
713 }
714
715 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
716 {
717         int i;
718         int bad = 0;
719
720         trace_mm_page_free(page, order);
721         kmemcheck_free_shadow(page, order);
722
723         if (PageAnon(page))
724                 page->mapping = NULL;
725         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
726                 bad += free_pages_check(page + i);
727         if (bad)
728                 return false;
729
730         if (!PageHighMem(page)) {
731                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),PAGE_SIZE<<order);
732                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
733                                            PAGE_SIZE << order);
734         }
735         arch_free_page(page, order);
736         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
737
738         return true;
739 }
740
741 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
742 {
743         unsigned long flags;
744         int migratetype;
745
746         if (!free_pages_prepare(page, order))
747                 return;
748
749         local_irq_save(flags);
750         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
751         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
752         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
753         free_one_page(page_zone(page), page, order, migratetype);
754         local_irq_restore(flags);
755 }
756
757 /*
758  * Read access to zone->managed_pages is safe because it's unsigned long,
759  * but we still need to serialize writers. Currently all callers of
760  * __free_pages_bootmem() except put_page_bootmem() should only be used
761  * at boot time. So for shorter boot time, we shift the burden to
762  * put_page_bootmem() to serialize writers.
763  */
764 void __meminit __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
765 {
766         unsigned int nr_pages = 1 << order;
767         unsigned int loop;
768
769         prefetchw(page);
770         for (loop = 0; loop < nr_pages; loop++) {
771                 struct page *p = &page[loop];
772
773                 if (loop + 1 < nr_pages)
774                         prefetchw(p + 1);
775                 __ClearPageReserved(p);
776                 set_page_count(p, 0);
777         }
778
779         page_zone(page)->managed_pages += 1 << order;
780         set_page_refcounted(page);
781         __free_pages(page, order);
782 }
783
784 #ifdef CONFIG_CMA
785 /* Free whole pageblock and set it's migration type to MIGRATE_CMA. */
786 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
787 {
788         unsigned i = pageblock_nr_pages;
789         struct page *p = page;
790
791         do {
792                 __ClearPageReserved(p);
793                 set_page_count(p, 0);
794         } while (++p, --i);
795
796         set_page_refcounted(page);
797         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
798         __free_pages(page, pageblock_order);
799         totalram_pages += pageblock_nr_pages;
800 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
801         if (PageHighMem(page))
802                 totalhigh_pages += pageblock_nr_pages;
803 #endif
804 }
805 #endif
806
807 /*
808  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
809  * Please do not alter this order without good reasons and regression
810  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
811  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
812  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
813  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
814  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
815  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
816  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
817  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
818  *
819  * -- nyc
820  */
821 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
822         int low, int high, struct free_area *area,
823         int migratetype)
824 {
825         unsigned long size = 1 << high;
826
827         while (high > low) {
828                 area--;
829                 high--;
830                 size >>= 1;
831                 VM_BUG_ON(bad_range(zone, &page[size]));
832
833 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
834                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
835                         /*
836                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
837                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
838                          * Corresponding page table entries will not be touched,
839                          * pages will stay not present in virtual address space
840                          */
841                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
842                         set_page_guard_flag(&page[size]);
843                         set_page_private(&page[size], high);
844                         /* Guard pages are not available for any usage */
845                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
846                                                   migratetype);
847                         continue;
848                 }
849 #endif
850                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
851                 area->nr_free++;
852                 set_page_order(&page[size], high);
853         }
854 }
855
856 /*
857  * This page is about to be returned from the page allocator
858  */
859 static inline int check_new_page(struct page *page)
860 {
861         if (unlikely(page_mapcount(page) |
862                 (page->mapping != NULL)  |
863                 (atomic_read(&page->_count) != 0)  |
864                 (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP) |
865                 (mem_cgroup_bad_page_check(page)))) {
866                 bad_page(page);
867                 return 1;
868         }
869         return 0;
870 }
871
872 static int prep_new_page(struct page *page, int order, gfp_t gfp_flags)
873 {
874         int i;
875
876         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
877                 struct page *p = page + i;
878                 if (unlikely(check_new_page(p)))
879                         return 1;
880         }
881
882         set_page_private(page, 0);
883         set_page_refcounted(page);
884
885         arch_alloc_page(page, order);
886         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
887
888         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
889                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
890
891         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
892                 prep_compound_page(page, order);
893
894         return 0;
895 }
896
897 /*
898  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
899  * the smallest available page from the freelists
900  */
901 static inline
902 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
903                                                 int migratetype)
904 {
905         unsigned int current_order;
906         struct free_area * area;
907         struct page *page;
908
909         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
910         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
911                 area = &(zone->free_area[current_order]);
912                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
913                         continue;
914
915                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
916                                                         struct page, lru);
917                 list_del(&page->lru);
918                 rmv_page_order(page);
919                 area->nr_free--;
920                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
921                 return page;
922         }
923
924         return NULL;
925 }
926
927
928 /*
929  * This array describes the order lists are fallen back to when
930  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
931  */
932 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
933         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
934         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
935 #ifdef CONFIG_CMA
936         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
937         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
938 #else
939         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
940 #endif
941         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
942 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
943         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
944 #endif
945 };
946
947 /*
948  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
949  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
950  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
951  */
952 int move_freepages(struct zone *zone,
953                           struct page *start_page, struct page *end_page,
954                           int migratetype)
955 {
956         struct page *page;
957         unsigned long order;
958         int pages_moved = 0;
959
960 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
961         /*
962          * page_zone is not safe to call in this context when
963          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
964          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
965          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
966          * grouping pages by mobility
967          */
968         BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
969 #endif
970
971         for (page = start_page; page <= end_page;) {
972                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
973                 VM_BUG_ON(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone));
974
975                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
976                         page++;
977                         continue;
978                 }
979
980                 if (!PageBuddy(page)) {
981                         page++;
982                         continue;
983                 }
984
985                 order = page_order(page);
986                 list_move(&page->lru,
987                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
988                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
989                 page += 1 << order;
990                 pages_moved += 1 << order;
991         }
992
993         return pages_moved;
994 }
995
996 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
997                                 int migratetype)
998 {
999         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1000         struct page *start_page, *end_page;
1001
1002         start_pfn = page_to_pfn(page);
1003         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1004         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1005         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1006         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1007
1008         /* Do not cross zone boundaries */
1009         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1010                 start_page = page;
1011         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1012                 return 0;
1013
1014         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1015 }
1016
1017 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1018                                         int start_order, int migratetype)
1019 {
1020         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1021
1022         while (nr_pageblocks--) {
1023                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1024                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1025         }
1026 }
1027
1028 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1029 static inline struct page *
1030 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
1031 {
1032         struct free_area * area;
1033         int current_order;
1034         struct page *page;
1035         int migratetype, i;
1036
1037         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1038         for (current_order = MAX_ORDER-1; current_order >= order;
1039                                                 --current_order) {
1040                 for (i = 0;; i++) {
1041                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1042
1043                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1044                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1045                                 break;
1046
1047                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1048                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1049                                 continue;
1050
1051                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1052                                         struct page, lru);
1053
1054 #ifdef CONFIG_ARCH_ROCKCHIP
1055                         if (is_migrate_cma(migratetype)){
1056                                 int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1057                                 if (unlikely(is_migrate_isolate(mt)))
1058                                         continue;
1059                         }
1060 #endif
1061
1062                         area->nr_free--;
1063
1064                         /*
1065                          * If breaking a large block of pages, move all free
1066                          * pages to the preferred allocation list. If falling
1067                          * back for a reclaimable kernel allocation, be more
1068                          * aggressive about taking ownership of free pages
1069                          *
1070                          * On the other hand, never change migration
1071                          * type of MIGRATE_CMA pageblocks nor move CMA
1072                          * pages on different free lists. We don't
1073                          * want unmovable pages to be allocated from
1074                          * MIGRATE_CMA areas.
1075                          */
1076                         if (!is_migrate_cma(migratetype) &&
1077                             (unlikely(current_order >= pageblock_order / 2) ||
1078                              start_migratetype == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1079                              page_group_by_mobility_disabled)) {
1080                                 int pages;
1081                                 pages = move_freepages_block(zone, page,
1082                                                                 start_migratetype);
1083
1084                                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1085                                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1086                                                 page_group_by_mobility_disabled)
1087                                         set_pageblock_migratetype(page,
1088                                                                 start_migratetype);
1089
1090                                 migratetype = start_migratetype;
1091                         }
1092
1093                         /* Remove the page from the freelists */
1094                         list_del(&page->lru);
1095                         rmv_page_order(page);
1096
1097                         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1098                         if (current_order >= pageblock_order &&
1099                             !is_migrate_cma(migratetype))
1100                                 change_pageblock_range(page, current_order,
1101                                                         start_migratetype);
1102
1103                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1104                                is_migrate_cma(migratetype)
1105                              ? migratetype : start_migratetype);
1106
1107                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1108                                 start_migratetype, migratetype);
1109
1110                         return page;
1111                 }
1112         }
1113
1114         return NULL;
1115 }
1116
1117 /*
1118  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1119  * Call me with the zone->lock already held.
1120  */
1121 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1122                                                 int migratetype)
1123 {
1124         struct page *page;
1125
1126 retry_reserve:
1127         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1128
1129         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1130                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1131
1132                 /*
1133                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1134                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1135                  * and we want just one call site
1136                  */
1137                 if (!page) {
1138                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1139                         goto retry_reserve;
1140                 }
1141         }
1142
1143         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1144         return page;
1145 }
1146
1147 /*
1148  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1149  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1150  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1151  */
1152 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1153                         unsigned long count, struct list_head *list,
1154                         int migratetype, int cold)
1155 {
1156         int mt = migratetype, i;
1157
1158         spin_lock(&zone->lock);
1159         for (i = 0; i < count; ++i) {
1160                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1161                 if (unlikely(page == NULL))
1162                         break;
1163
1164                 /*
1165                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1166                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1167                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1168                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1169                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1170                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1171                  * properly.
1172                  */
1173                 if (likely(cold == 0))
1174                         list_add(&page->lru, list);
1175                 else
1176                         list_add_tail(&page->lru, list);
1177                 if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
1178                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1179                         if (!is_migrate_cma(mt) && !is_migrate_isolate(mt))
1180                                 mt = migratetype;
1181                 }
1182                 set_freepage_migratetype(page, mt);
1183                 list = &page->lru;
1184                 if (is_migrate_cma(mt))
1185                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1186                                               -(1 << order));
1187         }
1188         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1189         spin_unlock(&zone->lock);
1190         return i;
1191 }
1192
1193 #ifdef CONFIG_NUMA
1194 /*
1195  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1196  * currently executing processor on remote nodes after they have
1197  * expired.
1198  *
1199  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1200  * a single processor.
1201  */
1202 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1203 {
1204         unsigned long flags;
1205         int to_drain;
1206
1207         local_irq_save(flags);
1208         if (pcp->count >= pcp->batch)
1209                 to_drain = pcp->batch;
1210         else
1211                 to_drain = pcp->count;
1212         if (to_drain > 0) {
1213                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1214                 pcp->count -= to_drain;
1215         }
1216         local_irq_restore(flags);
1217 }
1218 #endif
1219
1220 /*
1221  * Drain pages of the indicated processor.
1222  *
1223  * The processor must either be the current processor and the
1224  * thread pinned to the current processor or a processor that
1225  * is not online.
1226  */
1227 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1228 {
1229         unsigned long flags;
1230         struct zone *zone;
1231
1232         for_each_populated_zone(zone) {
1233                 struct per_cpu_pageset *pset;
1234                 struct per_cpu_pages *pcp;
1235
1236                 local_irq_save(flags);
1237                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1238
1239                 pcp = &pset->pcp;
1240                 if (pcp->count) {
1241                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1242                         pcp->count = 0;
1243                 }
1244                 local_irq_restore(flags);
1245         }
1246 }
1247
1248 /*
1249  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1250  */
1251 void drain_local_pages(void *arg)
1252 {
1253         drain_pages(smp_processor_id());
1254 }
1255
1256 /*
1257  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1258  *
1259  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1260  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1261  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1262  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1263  * before the call to on_each_cpu_mask().
1264  */
1265 void drain_all_pages(void)
1266 {
1267         int cpu;
1268         struct per_cpu_pageset *pcp;
1269         struct zone *zone;
1270
1271         /*
1272          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1273          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1274          */
1275         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1276
1277         /*
1278          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1279          * as offline notification will cause the notified
1280          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1281          * disables preemption as part of its processing
1282          */
1283         for_each_online_cpu(cpu) {
1284                 bool has_pcps = false;
1285                 for_each_populated_zone(zone) {
1286                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1287                         if (pcp->pcp.count) {
1288                                 has_pcps = true;
1289                                 break;
1290                         }
1291                 }
1292                 if (has_pcps)
1293                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1294                 else
1295                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1296         }
1297         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, drain_local_pages, NULL, 1);
1298 }
1299
1300 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1301
1302 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1303 {
1304         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1305         unsigned long flags;
1306         int order, t;
1307         struct list_head *curr;
1308
1309         if (!zone->spanned_pages)
1310                 return;
1311
1312         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1313
1314         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1315         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1316                 if (pfn_valid(pfn)) {
1317                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1318
1319                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1320                                 swsusp_unset_page_free(page);
1321                 }
1322
1323         for_each_migratetype_order(order, t) {
1324                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1325                         unsigned long i;
1326
1327                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1328                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1329                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1330                 }
1331         }
1332         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1333 }
1334 #endif /* CONFIG_PM */
1335
1336 /*
1337  * Free a 0-order page
1338  * cold == 1 ? free a cold page : free a hot page
1339  */
1340 void free_hot_cold_page(struct page *page, int cold)
1341 {
1342         struct zone *zone = page_zone(page);
1343         struct per_cpu_pages *pcp;
1344         unsigned long flags;
1345         int migratetype;
1346
1347         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1348                 return;
1349
1350         migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
1351         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1352         local_irq_save(flags);
1353         __count_vm_event(PGFREE);
1354
1355         /*
1356          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1357          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1358          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1359          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1360          * excessively into the page allocator
1361          */
1362         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1363                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1364                         free_one_page(zone, page, 0, migratetype);
1365                         goto out;
1366                 }
1367                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1368         }
1369
1370         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1371         if (cold)
1372                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1373         else
1374                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1375         pcp->count++;
1376         if (pcp->count >= pcp->high) {
1377                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->batch, pcp);
1378                 pcp->count -= pcp->batch;
1379         }
1380
1381 out:
1382         local_irq_restore(flags);
1383 }
1384
1385 /*
1386  * Free a list of 0-order pages
1387  */
1388 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, int cold)
1389 {
1390         struct page *page, *next;
1391
1392         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1393                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1394                 free_hot_cold_page(page, cold);
1395         }
1396 }
1397
1398 /*
1399  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1400  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1401  * Each sub-page must be freed individually.
1402  *
1403  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1404  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1405  */
1406 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1407 {
1408         int i;
1409
1410         VM_BUG_ON(PageCompound(page));
1411         VM_BUG_ON(!page_count(page));
1412
1413 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1414         /*
1415          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1416          * otherwise free the whole shadow.
1417          */
1418         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1419                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1420 #endif
1421
1422         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1423                 set_page_refcounted(page + i);
1424 }
1425 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1426
1427 static int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1428 {
1429         unsigned long watermark;
1430         struct zone *zone;
1431         int mt;
1432
1433         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1434
1435         zone = page_zone(page);
1436         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1437
1438         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1439                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1440                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1441                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1442                         return 0;
1443
1444                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1445         }
1446
1447         /* Remove page from free list */
1448         list_del(&page->lru);
1449         zone->free_area[order].nr_free--;
1450         rmv_page_order(page);
1451
1452         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1453         if (order >= pageblock_order - 1) {
1454                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1455                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1456                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1457                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1458                                 set_pageblock_migratetype(page,
1459                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1460                 }
1461         }
1462
1463         return 1UL << order;
1464 }
1465
1466 /*
1467  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1468  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1469  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1470  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1471  * are enabled.
1472  *
1473  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1474  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1475  */
1476 int split_free_page(struct page *page)
1477 {
1478         unsigned int order;
1479         int nr_pages;
1480
1481         order = page_order(page);
1482
1483         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1484         if (!nr_pages)
1485                 return 0;
1486
1487         /* Split into individual pages */
1488         set_page_refcounted(page);
1489         split_page(page, order);
1490         return nr_pages;
1491 }
1492
1493 /*
1494  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1495  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1496  * or two.
1497  */
1498 static inline
1499 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1500                         struct zone *zone, int order, gfp_t gfp_flags,
1501                         int migratetype)
1502 {
1503         unsigned long flags;
1504         struct page *page;
1505         int cold = !!(gfp_flags & __GFP_COLD);
1506
1507 again:
1508         if (likely(order == 0)) {
1509                 struct per_cpu_pages *pcp;
1510                 struct list_head *list;
1511
1512                 local_irq_save(flags);
1513                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1514                 list = &pcp->lists[migratetype];
1515                 if (list_empty(list)) {
1516                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1517                                         pcp->batch, list,
1518                                         migratetype, cold);
1519                         if (unlikely(list_empty(list)))
1520                                 goto failed;
1521                 }
1522
1523                 if (cold)
1524                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1525                 else
1526                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1527
1528                 list_del(&page->lru);
1529                 pcp->count--;
1530         } else {
1531                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1532                         /*
1533                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1534                          *
1535                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1536                          * properly detect and handle allocation failures.
1537                          *
1538                          * We most definitely don't want callers attempting to
1539                          * allocate greater than order-1 page units with
1540                          * __GFP_NOFAIL.
1541                          */
1542                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1543                 }
1544                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1545                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1546                 spin_unlock(&zone->lock);
1547                 if (!page)
1548                         goto failed;
1549                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1550                                           get_pageblock_migratetype(page));
1551         }
1552
1553         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1554         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1555         local_irq_restore(flags);
1556
1557         VM_BUG_ON(bad_range(zone, page));
1558         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1559                 goto again;
1560         return page;
1561
1562 failed:
1563         local_irq_restore(flags);
1564         return NULL;
1565 }
1566
1567 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1568
1569 static struct {
1570         struct fault_attr attr;
1571
1572         u32 ignore_gfp_highmem;
1573         u32 ignore_gfp_wait;
1574         u32 min_order;
1575 } fail_page_alloc = {
1576         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1577         .ignore_gfp_wait = 1,
1578         .ignore_gfp_highmem = 1,
1579         .min_order = 1,
1580 };
1581
1582 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1583 {
1584         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1585 }
1586 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1587
1588 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1589 {
1590         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1591                 return false;
1592         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1593                 return false;
1594         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1595                 return false;
1596         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1597                 return false;
1598
1599         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1600 }
1601
1602 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1603
1604 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1605 {
1606         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1607         struct dentry *dir;
1608
1609         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1610                                         &fail_page_alloc.attr);
1611         if (IS_ERR(dir))
1612                 return PTR_ERR(dir);
1613
1614         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1615                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1616                 goto fail;
1617         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1618                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1619                 goto fail;
1620         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1621                                 &fail_page_alloc.min_order))
1622                 goto fail;
1623
1624         return 0;
1625 fail:
1626         debugfs_remove_recursive(dir);
1627
1628         return -ENOMEM;
1629 }
1630
1631 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1632
1633 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1634
1635 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1636
1637 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1638 {
1639         return false;
1640 }
1641
1642 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1643
1644 /*
1645  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1646  * of the allocation.
1647  */
1648 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1649                       int classzone_idx, int alloc_flags, long free_pages)
1650 {
1651         /* free_pages my go negative - that's OK */
1652         long min = mark;
1653         long lowmem_reserve = z->lowmem_reserve[classzone_idx];
1654         int o;
1655         long free_cma = 0;
1656
1657         free_pages -= (1 << order) - 1;
1658         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1659                 min -= min / 2;
1660         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1661                 min -= min / 4;
1662 #ifdef CONFIG_CMA
1663         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1664         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1665                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1666 #endif
1667
1668         if (free_pages - free_cma <= min + lowmem_reserve)
1669                 return false;
1670         for (o = 0; o < order; o++) {
1671                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1672                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1673
1674                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1675                 min >>= min_free_order_shift;
1676
1677                 if (free_pages <= min)
1678                         return false;
1679         }
1680         return true;
1681 }
1682
1683 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1684                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1685 {
1686         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1687                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1688 }
1689
1690 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, int order, unsigned long mark,
1691                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1692 {
1693         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1694
1695         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1696                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1697
1698         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1699                                                                 free_pages);
1700 }
1701
1702 #ifdef CONFIG_NUMA
1703 /*
1704  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1705  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1706  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1707  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1708  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1709  *
1710  * If the zonelist cache is present in the passed in zonelist, then
1711  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1712  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1713  *
1714  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1715  * nothing and returns NULL.
1716  *
1717  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1718  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1719  *
1720  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1721  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1722  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1723  * quickly as we can.
1724  */
1725 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1726 {
1727         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1728         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1729
1730         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1731         if (!zlc)
1732                 return NULL;
1733
1734         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1735                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1736                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1737         }
1738
1739         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1740                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1741                                         &node_states[N_MEMORY];
1742         return allowednodes;
1743 }
1744
1745 /*
1746  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1747  * if it is worth looking at further for free memory:
1748  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1749  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1750  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1751  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1752  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1753  * else return false (zero) if it is not.
1754  *
1755  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1756  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1757  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1758  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1759  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1760  * into the second scan of the zonelist.
1761  *
1762  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1763  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1764  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1765  * unturned looking for a free page.
1766  */
1767 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1768                                                 nodemask_t *allowednodes)
1769 {
1770         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1771         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1772         int n;                          /* node that zone *z is on */
1773
1774         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1775         if (!zlc)
1776                 return 1;
1777
1778         i = z - zonelist->_zonerefs;
1779         n = zlc->z_to_n[i];
1780
1781         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1782         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1783 }
1784
1785 /*
1786  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1787  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1788  * from that zone don't waste time re-examining it.
1789  */
1790 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1791 {
1792         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1793         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1794
1795         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1796         if (!zlc)
1797                 return;
1798
1799         i = z - zonelist->_zonerefs;
1800
1801         set_bit(i, zlc->fullzones);
1802 }
1803
1804 /*
1805  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1806  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1807  */
1808 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1809 {
1810         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1811
1812         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1813         if (!zlc)
1814                 return;
1815
1816         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1817 }
1818
1819 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1820 {
1821         return node_isset(local_zone->node, zone->zone_pgdat->reclaim_nodes);
1822 }
1823
1824 static void __paginginit init_zone_allows_reclaim(int nid)
1825 {
1826         int i;
1827
1828         for_each_online_node(i)
1829                 if (node_distance(nid, i) <= RECLAIM_DISTANCE)
1830                         node_set(i, NODE_DATA(nid)->reclaim_nodes);
1831                 else
1832                         zone_reclaim_mode = 1;
1833 }
1834
1835 #else   /* CONFIG_NUMA */
1836
1837 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1838 {
1839         return NULL;
1840 }
1841
1842 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1843                                 nodemask_t *allowednodes)
1844 {
1845         return 1;
1846 }
1847
1848 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1849 {
1850 }
1851
1852 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1853 {
1854 }
1855
1856 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1857 {
1858         return true;
1859 }
1860
1861 static inline void init_zone_allows_reclaim(int nid)
1862 {
1863 }
1864 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1865
1866 /*
1867  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1868  * a page.
1869  */
1870 static struct page *
1871 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1872                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1873                 struct zone *preferred_zone, int migratetype)
1874 {
1875         struct zoneref *z;
1876         struct page *page = NULL;
1877         int classzone_idx;
1878         struct zone *zone;
1879         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1880         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1881         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1882
1883         classzone_idx = zone_idx(preferred_zone);
1884 zonelist_scan:
1885         /*
1886          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1887          * See also cpuset_zone_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
1888          */
1889         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1890                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1891                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1892                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1893                                 continue;
1894                 if ((alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1895                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1896                                 continue;
1897                 /*
1898                  * When allocating a page cache page for writing, we
1899                  * want to get it from a zone that is within its dirty
1900                  * limit, such that no single zone holds more than its
1901                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
1902                  * The dirty limits take into account the zone's
1903                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
1904                  * should be able to balance it without having to
1905                  * write pages from its LRU list.
1906                  *
1907                  * This may look like it could increase pressure on
1908                  * lower zones by failing allocations in higher zones
1909                  * before they are full.  But the pages that do spill
1910                  * over are limited as the lower zones are protected
1911                  * by this very same mechanism.  It should not become
1912                  * a practical burden to them.
1913                  *
1914                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
1915                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
1916                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
1917                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
1918                  * zones are together not big enough to reach the
1919                  * global limit.  The proper fix for these situations
1920                  * will require awareness of zones in the
1921                  * dirty-throttling and the flusher threads.
1922                  */
1923                 if ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1924                     (gfp_mask & __GFP_WRITE) && !zone_dirty_ok(zone))
1925                         goto this_zone_full;
1926
1927                 BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
1928                 if (!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
1929                         unsigned long mark;
1930                         int ret;
1931
1932                         mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
1933                         if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1934                                     classzone_idx, alloc_flags))
1935                                 goto try_this_zone;
1936
1937                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
1938                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
1939                                 /*
1940                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
1941                                  * and before considering the first zone allowed
1942                                  * by the cpuset.
1943                                  */
1944                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
1945                                 zlc_active = 1;
1946                                 did_zlc_setup = 1;
1947                         }
1948
1949                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
1950                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
1951                                 goto this_zone_full;
1952
1953                         /*
1954                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
1955                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
1956                          */
1957                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1958                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1959                                 continue;
1960
1961                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
1962                         switch (ret) {
1963                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
1964                                 /* did not scan */
1965                                 continue;
1966                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
1967                                 /* scanned but unreclaimable */
1968                                 continue;
1969                         default:
1970                                 /* did we reclaim enough */
1971                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
1972                                                 classzone_idx, alloc_flags))
1973                                         goto try_this_zone;
1974
1975                                 /*
1976                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
1977                                  * Only mark the zone full if checking the min
1978                                  * watermark or if we failed to reclaim just
1979                                  * 1<<order pages or else the page allocator
1980                                  * fastpath will prematurely mark zones full
1981                                  * when the watermark is between the low and
1982                                  * min watermarks.
1983                                  */
1984                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
1985                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
1986                                         goto this_zone_full;
1987
1988                                 continue;
1989                         }
1990                 }
1991
1992 try_this_zone:
1993                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
1994                                                 gfp_mask, migratetype);
1995                 if (page)
1996                         break;
1997 this_zone_full:
1998                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
1999                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2000         }
2001
2002         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && page == NULL && zlc_active)) {
2003                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2004                 zlc_active = 0;
2005                 goto zonelist_scan;
2006         }
2007
2008         if (page)
2009                 /*
2010                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
2011                  * necessary to allocate the page. The expectation is
2012                  * that the caller is taking steps that will free more
2013                  * memory. The caller should avoid the page being used
2014                  * for !PFMEMALLOC purposes.
2015                  */
2016                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2017
2018         return page;
2019 }
2020
2021 /*
2022  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2023  * meminfo in irq context.
2024  */
2025 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2026 {
2027         bool ret = false;
2028
2029 #if NODES_SHIFT > 8
2030         ret = in_interrupt();
2031 #endif
2032         return ret;
2033 }
2034
2035 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2036                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2037                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2038
2039 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2040 {
2041         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2042
2043         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2044             debug_guardpage_minorder() > 0)
2045                 return;
2046
2047         /*
2048          * Walking all memory to count page types is very expensive and should
2049          * be inhibited in non-blockable contexts.
2050          */
2051         if (!(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2052                 filter |= SHOW_MEM_FILTER_PAGE_COUNT;
2053
2054         /*
2055          * This documents exceptions given to allocations in certain
2056          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2057          * of allowed nodes.
2058          */
2059         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2060                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2061                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2062                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2063         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2064                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2065
2066         if (fmt) {
2067                 struct va_format vaf;
2068                 va_list args;
2069
2070                 va_start(args, fmt);
2071
2072                 vaf.fmt = fmt;
2073                 vaf.va = &args;
2074
2075                 pr_warn("%pV", &vaf);
2076
2077                 va_end(args);
2078         }
2079
2080         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2081                 current->comm, order, gfp_mask);
2082
2083         dump_stack();
2084         if (!should_suppress_show_mem())
2085                 show_mem(filter);
2086 }
2087
2088 static inline int
2089 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2090                                 unsigned long did_some_progress,
2091                                 unsigned long pages_reclaimed)
2092 {
2093         /* Do not loop if specifically requested */
2094         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2095                 return 0;
2096
2097         /* Always retry if specifically requested */
2098         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2099                 return 1;
2100
2101         /*
2102          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2103          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2104          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2105          */
2106         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2107                 return 0;
2108
2109         /*
2110          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2111          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2112          * implementations.
2113          */
2114         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2115                 return 1;
2116
2117         /*
2118          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2119          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2120          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2121          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2122          * allocation still fails, we stop retrying.
2123          */
2124         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2125                 return 1;
2126
2127         return 0;
2128 }
2129
2130 static inline struct page *
2131 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2132         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2133         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2134         int migratetype)
2135 {
2136         struct page *page;
2137
2138         /* Acquire the OOM killer lock for the zones in zonelist */
2139         if (!try_set_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask)) {
2140                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2141                 return NULL;
2142         }
2143
2144         /*
2145          * PM-freezer should be notified that there might be an OOM killer on
2146          * its way to kill and wake somebody up. This is too early and we might
2147          * end up not killing anything but false positives are acceptable.
2148          * See freeze_processes.
2149          */
2150         note_oom_kill();
2151
2152         /*
2153          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2154          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2155          * we're still under heavy pressure.
2156          */
2157         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2158                 order, zonelist, high_zoneidx,
2159                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2160                 preferred_zone, migratetype);
2161         if (page)
2162                 goto out;
2163
2164         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2165                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2166                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2167                         goto out;
2168                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2169                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2170                         goto out;
2171                 /*
2172                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2173                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2174                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2175                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2176                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2177                  */
2178                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2179                         goto out;
2180         }
2181         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2182         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2183
2184 out:
2185         clear_zonelist_oom(zonelist, gfp_mask);
2186         return page;
2187 }
2188
2189 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2190 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2191 static struct page *
2192 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2193         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2194         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2195         int migratetype, bool sync_migration,
2196         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2197         unsigned long *did_some_progress)
2198 {
2199         if (!order)
2200                 return NULL;
2201
2202         if (compaction_deferred(preferred_zone, order)) {
2203                 *deferred_compaction = true;
2204                 return NULL;
2205         }
2206
2207         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2208         *did_some_progress = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2209                                                 nodemask, sync_migration,
2210                                                 contended_compaction);
2211         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2212
2213         if (*did_some_progress != COMPACT_SKIPPED) {
2214                 struct page *page;
2215
2216                 /* Page migration frees to the PCP lists but we want merging */
2217                 drain_pages(get_cpu());
2218                 put_cpu();
2219
2220                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2221                                 order, zonelist, high_zoneidx,
2222                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2223                                 preferred_zone, migratetype);
2224                 if (page) {
2225                         preferred_zone->compact_blockskip_flush = false;
2226                         preferred_zone->compact_considered = 0;
2227                         preferred_zone->compact_defer_shift = 0;
2228                         if (order >= preferred_zone->compact_order_failed)
2229                                 preferred_zone->compact_order_failed = order + 1;
2230                         count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2231                         return page;
2232                 }
2233
2234                 /*
2235                  * It's bad if compaction run occurs and fails.
2236                  * The most likely reason is that pages exist,
2237                  * but not enough to satisfy watermarks.
2238                  */
2239                 count_vm_event(COMPACTFAIL);
2240
2241                 /*
2242                  * As async compaction considers a subset of pageblocks, only
2243                  * defer if the failure was a sync compaction failure.
2244                  */
2245                 if (sync_migration)
2246                         defer_compaction(preferred_zone, order);
2247
2248                 cond_resched();
2249         }
2250
2251         return NULL;
2252 }
2253 #else
2254 static inline struct page *
2255 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2256         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2257         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2258         int migratetype, bool sync_migration,
2259         bool *contended_compaction, bool *deferred_compaction,
2260         unsigned long *did_some_progress)
2261 {
2262         return NULL;
2263 }
2264 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2265
2266 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2267 static int
2268 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2269                   nodemask_t *nodemask)
2270 {
2271         struct reclaim_state reclaim_state;
2272         int progress;
2273
2274         cond_resched();
2275
2276         /* We now go into synchronous reclaim */
2277         cpuset_memory_pressure_bump();
2278         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2279         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2280         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2281         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2282
2283         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2284
2285         current->reclaim_state = NULL;
2286         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2287         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2288
2289         cond_resched();
2290
2291         return progress;
2292 }
2293
2294 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2295 static inline struct page *
2296 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2297         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2298         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2299         int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2300 {
2301         struct page *page = NULL;
2302         bool drained = false;
2303
2304         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2305                                                nodemask);
2306         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2307                 return NULL;
2308
2309         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2310         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2311                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2312
2313 retry:
2314         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2315                                         zonelist, high_zoneidx,
2316                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2317                                         preferred_zone, migratetype);
2318
2319         /*
2320          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2321          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2322          */
2323         if (!page && !drained) {
2324                 drain_all_pages();
2325                 drained = true;
2326                 goto retry;
2327         }
2328
2329         return page;
2330 }
2331
2332 /*
2333  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2334  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2335  */
2336 static inline struct page *
2337 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2338         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2339         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2340         int migratetype)
2341 {
2342         struct page *page;
2343
2344         do {
2345                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2346                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2347                         preferred_zone, migratetype);
2348
2349                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2350                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2351         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2352
2353         return page;
2354 }
2355
2356 static inline
2357 void wake_all_kswapd(unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2358                                                 enum zone_type high_zoneidx,
2359                                                 enum zone_type classzone_idx)
2360 {
2361         struct zoneref *z;
2362         struct zone *zone;
2363
2364         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, high_zoneidx)
2365                 wakeup_kswapd(zone, order, classzone_idx);
2366 }
2367
2368 static inline int
2369 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2370 {
2371         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2372         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2373
2374         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2375         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2376
2377         /*
2378          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2379          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2380          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2381          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2382          */
2383         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2384
2385         if (atomic) {
2386                 /*
2387                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2388                  * if it can't schedule.
2389                  */
2390                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2391                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2392                 /*
2393                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2394                  * comment for __cpuset_node_allowed_softwall().
2395                  */
2396                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2397         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2398                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2399
2400         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2401                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2402                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2403                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2404                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2405                 else if (!in_interrupt() &&
2406                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2407                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2408                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2409         }
2410 #ifdef CONFIG_CMA
2411         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2412                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2413 #endif
2414         return alloc_flags;
2415 }
2416
2417 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2418 {
2419         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2420 }
2421
2422 static inline struct page *
2423 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2424         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2425         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2426         int migratetype)
2427 {
2428         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2429         struct page *page = NULL;
2430         int alloc_flags;
2431         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2432         unsigned long did_some_progress;
2433         bool sync_migration = false;
2434         bool deferred_compaction = false;
2435         bool contended_compaction = false;
2436
2437         /*
2438          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2439          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2440          * be using allocators in order of preference for an area that is
2441          * too large.
2442          */
2443         if (order >= MAX_ORDER) {
2444                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2445                 return NULL;
2446         }
2447
2448         /*
2449          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2450          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2451          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2452          * using a larger set of nodes after it has established that the
2453          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2454          * over allocated.
2455          */
2456         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2457                         (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2458                 goto nopage;
2459
2460 restart:
2461         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2462                 wake_all_kswapd(order, zonelist, high_zoneidx,
2463                                                 zone_idx(preferred_zone));
2464
2465         /*
2466          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2467          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2468          * to how we want to proceed.
2469          */
2470         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2471
2472         /*
2473          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2474          * cpusets.
2475          */
2476         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask)
2477                 first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx, NULL,
2478                                         &preferred_zone);
2479
2480 rebalance:
2481         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2482         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2483                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2484                         preferred_zone, migratetype);
2485         if (page)
2486                 goto got_pg;
2487
2488         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2489         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2490                 /*
2491                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2492                  * the allocation is high priority and these type of
2493                  * allocations are system rather than user orientated
2494                  */
2495                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2496
2497                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2498                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2499                                 preferred_zone, migratetype);
2500                 if (page) {
2501                         goto got_pg;
2502                 }
2503         }
2504
2505         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2506         if (!wait)
2507                 goto nopage;
2508
2509         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2510         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2511                 goto nopage;
2512
2513         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2514         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2515                 goto nopage;
2516
2517         /*
2518          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2519          * attempts after direct reclaim are synchronous
2520          */
2521         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2522                                         zonelist, high_zoneidx,
2523                                         nodemask,
2524                                         alloc_flags, preferred_zone,
2525                                         migratetype, sync_migration,
2526                                         &contended_compaction,
2527                                         &deferred_compaction,
2528                                         &did_some_progress);
2529         if (page)
2530                 goto got_pg;
2531         sync_migration = true;
2532
2533         /*
2534          * If compaction is deferred for high-order allocations, it is because
2535          * sync compaction recently failed. In this is the case and the caller
2536          * requested a movable allocation that does not heavily disrupt the
2537          * system then fail the allocation instead of entering direct reclaim.
2538          */
2539         if ((deferred_compaction || contended_compaction) &&
2540                                                 (gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2541                 goto nopage;
2542
2543         /* Try direct reclaim and then allocating */
2544         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2545                                         zonelist, high_zoneidx,
2546                                         nodemask,
2547                                         alloc_flags, preferred_zone,
2548                                         migratetype, &did_some_progress);
2549         if (page)
2550                 goto got_pg;
2551
2552         /*
2553          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2554          * running out of options and have to consider going OOM
2555          */
2556         if (!did_some_progress) {
2557                 if ((gfp_mask & __GFP_FS) && !(gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
2558                         if (oom_killer_disabled)
2559                                 goto nopage;
2560                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2561                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2562                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2563                                 goto nopage;
2564                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2565                                         zonelist, high_zoneidx,
2566                                         nodemask, preferred_zone,
2567                                         migratetype);
2568                         if (page)
2569                                 goto got_pg;
2570
2571                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2572                                 /*
2573                                  * The oom killer is not called for high-order
2574                                  * allocations that may fail, so if no progress
2575                                  * is being made, there are no other options and
2576                                  * retrying is unlikely to help.
2577                                  */
2578                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2579                                         goto nopage;
2580                                 /*
2581                                  * The oom killer is not called for lowmem
2582                                  * allocations to prevent needlessly killing
2583                                  * innocent tasks.
2584                                  */
2585                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2586                                         goto nopage;
2587                         }
2588
2589                         goto restart;
2590                 }
2591         }
2592
2593         /* Check if we should retry the allocation */
2594         pages_reclaimed += did_some_progress;
2595         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2596                                                 pages_reclaimed)) {
2597                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2598                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2599                 goto rebalance;
2600         } else {
2601                 /*
2602                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2603                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2604                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2605                  */
2606                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
2607                                         zonelist, high_zoneidx,
2608                                         nodemask,
2609                                         alloc_flags, preferred_zone,
2610                                         migratetype, sync_migration,
2611                                         &contended_compaction,
2612                                         &deferred_compaction,
2613                                         &did_some_progress);
2614                 if (page)
2615                         goto got_pg;
2616         }
2617
2618 nopage:
2619         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2620         return page;
2621 got_pg:
2622         if (kmemcheck_enabled)
2623                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2624
2625         return page;
2626 }
2627
2628 /*
2629  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2630  */
2631 struct page *
2632 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2633                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2634 {
2635         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2636         struct zone *preferred_zone;
2637         struct page *page = NULL;
2638         int migratetype = allocflags_to_migratetype(gfp_mask);
2639         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2640         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET;
2641         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2642
2643         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2644
2645         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2646
2647         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2648
2649         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2650                 return NULL;
2651
2652         /*
2653          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2654          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2655          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2656          */
2657         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2658                 return NULL;
2659
2660         /*
2661          * Will only have any effect when __GFP_KMEMCG is set.  This is
2662          * verified in the (always inline) callee
2663          */
2664         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2665                 return NULL;
2666
2667 retry_cpuset:
2668         cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2669
2670         /* The preferred zone is used for statistics later */
2671         first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2672                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2673                                 &preferred_zone);
2674         if (!preferred_zone)
2675                 goto out;
2676
2677 #ifdef CONFIG_CMA
2678         if (allocflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2679                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2680 #endif
2681         /* First allocation attempt */
2682         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2683                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2684                         preferred_zone, migratetype);
2685         if (unlikely(!page)) {
2686                 /*
2687                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2688                  * can deadlock because I/O on the device might not
2689                  * complete.
2690                  */
2691                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2692                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2693                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2694                                 preferred_zone, migratetype);
2695         }
2696
2697         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2698
2699 out:
2700         /*
2701          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2702          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2703          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2704          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2705          */
2706         if (unlikely(!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie) && !page))
2707                 goto retry_cpuset;
2708
2709         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2710
2711         return page;
2712 }
2713 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2714
2715 /*
2716  * Common helper functions.
2717  */
2718 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2719 {
2720         struct page *page;
2721
2722         /*
2723          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2724          * a highmem page
2725          */
2726         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2727
2728         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2729         if (!page)
2730                 return 0;
2731         return (unsigned long) page_address(page);
2732 }
2733 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2734
2735 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2736 {
2737         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2738 }
2739 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2740
2741 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2742 {
2743         if (put_page_testzero(page)) {
2744                 if (order == 0)
2745                         free_hot_cold_page(page, 0);
2746                 else
2747                         __free_pages_ok(page, order);
2748         }
2749 }
2750
2751 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2752
2753 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2754 {
2755         if (addr != 0) {
2756                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2757                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2758         }
2759 }
2760
2761 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2762
2763 /*
2764  * __free_memcg_kmem_pages and free_memcg_kmem_pages will free
2765  * pages allocated with __GFP_KMEMCG.
2766  *
2767  * Those pages are accounted to a particular memcg, embedded in the
2768  * corresponding page_cgroup. To avoid adding a hit in the allocator to search
2769  * for that information only to find out that it is NULL for users who have no
2770  * interest in that whatsoever, we provide these functions.
2771  *
2772  * The caller knows better which flags it relies on.
2773  */
2774 void __free_memcg_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2775 {
2776         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2777         __free_pages(page, order);
2778 }
2779
2780 void free_memcg_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2781 {
2782         if (addr != 0) {
2783                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2784                 __free_memcg_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2785         }
2786 }
2787
2788 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2789 {
2790         if (addr) {
2791                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2792                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2793
2794                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2795                 while (used < alloc_end) {
2796                         free_page(used);
2797                         used += PAGE_SIZE;
2798                 }
2799         }
2800         return (void *)addr;
2801 }
2802
2803 /**
2804  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2805  * @size: the number of bytes to allocate
2806  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2807  *
2808  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2809  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2810  * allocate memory in power-of-two pages.
2811  *
2812  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2813  *
2814  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2815  */
2816 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2817 {
2818         unsigned int order = get_order(size);
2819         unsigned long addr;
2820
2821         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
2822         return make_alloc_exact(addr, order, size);
2823 }
2824 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
2825
2826 /**
2827  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
2828  *                         pages on a node.
2829  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
2830  * @size: the number of bytes to allocate
2831  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2832  *
2833  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
2834  * back.
2835  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
2836  * but is not exact.
2837  */
2838 void *alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
2839 {
2840         unsigned order = get_order(size);
2841         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2842         if (!p)
2843                 return NULL;
2844         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
2845 }
2846 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_nid);
2847
2848 /**
2849  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
2850  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
2851  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
2852  *
2853  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
2854  */
2855 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
2856 {
2857         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
2858         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
2859
2860         while (addr < end) {
2861                 free_page(addr);
2862                 addr += PAGE_SIZE;
2863         }
2864 }
2865 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
2866
2867 /**
2868  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
2869  * @offset: The zone index of the highest zone
2870  *
2871  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
2872  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
2873  * zone, the number of pages is calculated as:
2874  *     present_pages - high_pages
2875  */
2876 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
2877 {
2878         struct zoneref *z;
2879         struct zone *zone;
2880
2881         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
2882         unsigned long sum = 0;
2883
2884         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
2885
2886         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
2887                 unsigned long size = zone->managed_pages;
2888                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
2889                 if (size > high)
2890                         sum += size - high;
2891         }
2892
2893         return sum;
2894 }
2895
2896 /**
2897  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
2898  *
2899  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
2900  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
2901  */
2902 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
2903 {
2904         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
2905 }
2906 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
2907
2908 /**
2909  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
2910  *
2911  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
2912  * high watermark within all zones.
2913  */
2914 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
2915 {
2916         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
2917 }
2918
2919 static inline void show_node(struct zone *zone)
2920 {
2921         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2922                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
2923 }
2924
2925 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
2926 {
2927         val->totalram = totalram_pages;
2928         val->sharedram = 0;
2929         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
2930         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
2931         val->totalhigh = totalhigh_pages;
2932         val->freehigh = nr_free_highpages();
2933         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2934 }
2935
2936 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
2937
2938 #ifdef CONFIG_NUMA
2939 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
2940 {
2941         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
2942
2943         val->totalram = pgdat->node_present_pages;
2944         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
2945 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
2946         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
2947         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
2948                         NR_FREE_PAGES);
2949 #else
2950         val->totalhigh = 0;
2951         val->freehigh = 0;
2952 #endif
2953         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
2954 }
2955 #endif
2956
2957 /*
2958  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
2959  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
2960  */
2961 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
2962 {
2963         bool ret = false;
2964         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2965
2966         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
2967                 goto out;
2968
2969         do {
2970                 cpuset_mems_cookie = get_mems_allowed();
2971                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
2972         } while (!put_mems_allowed(cpuset_mems_cookie));
2973 out:
2974         return ret;
2975 }
2976
2977 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
2978
2979 static void show_migration_types(unsigned char type)
2980 {
2981         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
2982                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
2983                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
2984                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
2985                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
2986 #ifdef CONFIG_CMA
2987                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
2988 #endif
2989 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2990                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
2991 #endif
2992         };
2993         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
2994         char *p = tmp;
2995         int i;
2996
2997         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
2998                 if (type & (1 << i))
2999                         *p++ = types[i];
3000         }
3001
3002         *p = '\0';
3003         printk("(%s) ", tmp);
3004 }
3005
3006 /*
3007  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3008  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3009  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3010  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3011  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3012  */
3013 void show_free_areas(unsigned int filter)
3014 {
3015         int cpu;
3016         struct zone *zone;
3017
3018         for_each_populated_zone(zone) {
3019                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3020                         continue;
3021                 show_node(zone);
3022                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3023
3024                 for_each_online_cpu(cpu) {
3025                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3026
3027                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3028
3029                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3030                                cpu, pageset->pcp.high,
3031                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3032                 }
3033         }
3034
3035         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3036                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3037                 " unevictable:%lu"
3038                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3039                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3040                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3041                 " free_cma:%lu\n",
3042                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3043                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3044                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3045                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3046                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3047                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3048                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3049                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3050                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3051                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3052                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3053                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3054                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3055                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3056                 global_page_state(NR_SHMEM),
3057                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3058                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3059                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3060
3061         for_each_populated_zone(zone) {
3062                 int i;
3063
3064                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3065                         continue;
3066                 show_node(zone);
3067                 printk("%s"
3068                         " free:%lukB"
3069                         " min:%lukB"
3070                         " low:%lukB"
3071                         " high:%lukB"
3072                         " active_anon:%lukB"
3073                         " inactive_anon:%lukB"
3074                         " active_file:%lukB"
3075                         " inactive_file:%lukB"
3076                         " unevictable:%lukB"
3077                         " isolated(anon):%lukB"
3078                         " isolated(file):%lukB"
3079                         " present:%lukB"
3080                         " managed:%lukB"
3081                         " mlocked:%lukB"
3082                         " dirty:%lukB"
3083                         " writeback:%lukB"
3084                         " mapped:%lukB"
3085                         " shmem:%lukB"
3086                         " slab_reclaimable:%lukB"
3087                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3088                         " kernel_stack:%lukB"
3089                         " pagetables:%lukB"
3090                         " unstable:%lukB"
3091                         " bounce:%lukB"
3092                         " free_cma:%lukB"
3093                         " writeback_tmp:%lukB"
3094                         " pages_scanned:%lu"
3095                         " all_unreclaimable? %s"
3096                         "\n",
3097                         zone->name,
3098                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3099                         K(min_wmark_pages(zone)),
3100                         K(low_wmark_pages(zone)),
3101                         K(high_wmark_pages(zone)),
3102                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3103                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3104                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3105                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3106                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3107                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3108                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3109                         K(zone->present_pages),
3110                         K(zone->managed_pages),
3111                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3112                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3113                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3114                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3115                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3116                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3117                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3118                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3119                                 THREAD_SIZE / 1024,
3120                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3121                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3122                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3123                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3124                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3125                         zone->pages_scanned,
3126                         (zone->all_unreclaimable ? "yes" : "no")
3127                         );
3128                 printk("lowmem_reserve[]:");
3129                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3130                         printk(" %lu", zone->lowmem_reserve[i]);
3131                 printk("\n");
3132         }
3133
3134         for_each_populated_zone(zone) {
3135                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3136                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3137
3138                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3139                         continue;
3140                 show_node(zone);
3141                 printk("%s: ", zone->name);
3142
3143                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3144                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3145                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3146                         int type;
3147
3148                         nr[order] = area->nr_free;
3149                         total += nr[order] << order;
3150
3151                         types[order] = 0;
3152                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3153                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3154                                         types[order] |= 1 << type;
3155                         }
3156                 }
3157                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3158                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3159                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3160                         if (nr[order])
3161                                 show_migration_types(types[order]);
3162                 }
3163                 printk("= %lukB\n", K(total));
3164         }
3165
3166         hugetlb_show_meminfo();
3167
3168         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3169
3170         show_swap_cache_info();
3171 }
3172
3173 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3174 {
3175         zoneref->zone = zone;
3176         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3177 }
3178
3179 /*
3180  * Builds allocation fallback zone lists.
3181  *
3182  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3183  */
3184 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3185                                 int nr_zones, enum zone_type zone_type)
3186 {
3187         struct zone *zone;
3188
3189         BUG_ON(zone_type >= MAX_NR_ZONES);
3190         zone_type++;
3191
3192         do {
3193                 zone_type--;
3194                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3195                 if (populated_zone(zone)) {
3196                         zoneref_set_zone(zone,
3197                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3198                         check_highest_zone(zone_type);
3199                 }
3200
3201         } while (zone_type);
3202         return nr_zones;
3203 }
3204
3205
3206 /*
3207  *  zonelist_order:
3208  *  0 = automatic detection of better ordering.
3209  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3210  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3211  *
3212  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3213  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3214  */
3215 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3216 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3217 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3218
3219 /* zonelist order in the kernel.
3220  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3221  */
3222 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3223 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3224
3225
3226 #ifdef CONFIG_NUMA
3227 /* The value user specified ....changed by config */
3228 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3229 /* string for sysctl */
3230 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3231 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3232
3233 /*
3234  * interface for configure zonelist ordering.
3235  * command line option "numa_zonelist_order"
3236  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3237  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3238  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3239  */
3240
3241 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3242 {
3243         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3244                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3245         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3246                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3247         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3248                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3249         } else {
3250                 printk(KERN_WARNING
3251                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3252                         "%s\n", s);
3253                 return -EINVAL;
3254         }
3255         return 0;
3256 }
3257
3258 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3259 {
3260         int ret;
3261
3262         if (!s)
3263                 return 0;
3264
3265         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3266         if (ret == 0)
3267                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3268
3269         return ret;
3270 }
3271 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3272
3273 /*
3274  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3275  */
3276 int numa_zonelist_order_handler(ctl_table *table, int write,
3277                 void __user *buffer, size_t *length,
3278                 loff_t *ppos)
3279 {
3280         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3281         int ret;
3282         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3283
3284         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3285         if (write)
3286                 strcpy(saved_string, (char*)table->data);
3287         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3288         if (ret)
3289                 goto out;
3290         if (write) {
3291                 int oldval = user_zonelist_order;
3292                 if (__parse_numa_zonelist_order((char*)table->data)) {
3293                         /*
3294                          * bogus value.  restore saved string
3295                          */
3296                         strncpy((char*)table->data, saved_string,
3297                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3298                         user_zonelist_order = oldval;
3299                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3300                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3301                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3302                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3303                 }
3304         }
3305 out:
3306         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3307         return ret;
3308 }
3309
3310
3311 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3312 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3313
3314 /**
3315  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3316  * @node: node whose fallback list we're appending
3317  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3318  *
3319  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3320  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3321  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3322  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3323  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3324  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3325  * on them otherwise.
3326  * It returns -1 if no node is found.
3327  */
3328 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3329 {
3330         int n, val;
3331         int min_val = INT_MAX;
3332         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3333         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3334
3335         /* Use the local node if we haven't already */
3336         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3337                 node_set(node, *used_node_mask);
3338                 return node;
3339         }
3340
3341         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3342
3343                 /* Don't want a node to appear more than once */
3344                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3345                         continue;
3346
3347                 /* Use the distance array to find the distance */
3348                 val = node_distance(node, n);
3349
3350                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3351                 val += (n < node);
3352
3353                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3354                 tmp = cpumask_of_node(n);
3355                 if (!cpumask_empty(tmp))
3356                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3357
3358                 /* Slight preference for less loaded node */
3359                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3360                 val += node_load[n];
3361
3362                 if (val < min_val) {
3363                         min_val = val;
3364                         best_node = n;
3365                 }
3366         }
3367
3368         if (best_node >= 0)
3369                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3370
3371         return best_node;
3372 }
3373
3374
3375 /*
3376  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3377  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3378  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3379  */
3380 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3381 {
3382         int j;
3383         struct zonelist *zonelist;
3384
3385         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3386         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3387                 ;
3388         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3389                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3390         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3391         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3392 }
3393
3394 /*
3395  * Build gfp_thisnode zonelists
3396  */
3397 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3398 {
3399         int j;
3400         struct zonelist *zonelist;
3401
3402         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3403         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3404         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3405         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3406 }
3407
3408 /*
3409  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3410  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3411  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3412  * may still exist in local DMA zone.
3413  */
3414 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3415
3416 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3417 {
3418         int pos, j, node;
3419         int zone_type;          /* needs to be signed */
3420         struct zone *z;
3421         struct zonelist *zonelist;
3422
3423         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3424         pos = 0;
3425         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3426                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3427                         node = node_order[j];
3428                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3429                         if (populated_zone(z)) {
3430                                 zoneref_set_zone(z,
3431                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3432                                 check_highest_zone(zone_type);
3433                         }
3434                 }
3435         }
3436         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3437         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3438 }
3439
3440 static int default_zonelist_order(void)
3441 {
3442         int nid, zone_type;
3443         unsigned long low_kmem_size,total_size;
3444         struct zone *z;
3445         int average_size;
3446         /*
3447          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 can be very small area in the system.
3448          * If they are really small and used heavily, the system can fall
3449          * into OOM very easily.
3450          * This function detect ZONE_DMA/DMA32 size and configures zone order.
3451          */
3452         /* Is there ZONE_NORMAL ? (ex. ppc has only DMA zone..) */
3453         low_kmem_size = 0;
3454         total_size = 0;
3455         for_each_online_node(nid) {
3456                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3457                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3458                         if (populated_zone(z)) {
3459                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3460                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3461                                 total_size += z->present_pages;
3462                         } else if (zone_type == ZONE_NORMAL) {
3463                                 /*
3464                                  * If any node has only lowmem, then node order
3465                                  * is preferred to allow kernel allocations
3466                                  * locally; otherwise, they can easily infringe
3467                                  * on other nodes when there is an abundance of
3468                                  * lowmem available to allocate from.
3469                                  */
3470                                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3471                         }
3472                 }
3473         }
3474         if (!low_kmem_size ||  /* there are no DMA area. */
3475             low_kmem_size > total_size/2) /* DMA/DMA32 is big. */
3476                 return ZONELIST_ORDER_NODE;
3477         /*
3478          * look into each node's config.
3479          * If there is a node whose DMA/DMA32 memory is very big area on
3480          * local memory, NODE_ORDER may be suitable.
3481          */
3482         average_size = total_size /
3483                                 (nodes_weight(node_states[N_MEMORY]) + 1);
3484         for_each_online_node(nid) {
3485                 low_kmem_size = 0;
3486                 total_size = 0;
3487                 for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
3488                         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone_type];
3489                         if (populated_zone(z)) {
3490                                 if (zone_type < ZONE_NORMAL)
3491                                         low_kmem_size += z->present_pages;
3492                                 total_size += z->present_pages;
3493                         }
3494                 }
3495                 if (low_kmem_size &&
3496                     total_size > average_size && /* ignore small node */
3497                     low_kmem_size > total_size * 70/100)
3498                         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3499         }
3500         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3501 }
3502
3503 static void set_zonelist_order(void)
3504 {
3505         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3506                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3507         else
3508                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3509 }
3510
3511 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3512 {
3513         int j, node, load;
3514         enum zone_type i;
3515         nodemask_t used_mask;
3516         int local_node, prev_node;
3517         struct zonelist *zonelist;
3518         int order = current_zonelist_order;
3519
3520         /* initialize zonelists */
3521         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3522                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3523                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3524                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3525         }
3526
3527         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3528         local_node = pgdat->node_id;
3529         load = nr_online_nodes;
3530         prev_node = local_node;
3531         nodes_clear(used_mask);
3532
3533         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3534         j = 0;
3535
3536         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3537                 /*
3538                  * We don't want to pressure a particular node.
3539                  * So adding penalty to the first node in same
3540                  * distance group to make it round-robin.
3541                  */
3542                 if (node_distance(local_node, node) !=
3543                     node_distance(local_node, prev_node))
3544                         node_load[node] = load;
3545
3546                 prev_node = node;
3547                 load--;
3548                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3549                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3550                 else
3551                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3552         }
3553
3554         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3555                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3556                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3557         }
3558
3559         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3560 }
3561
3562 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3563 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3564 {
3565         struct zonelist *zonelist;
3566         struct zonelist_cache *zlc;
3567         struct zoneref *z;
3568
3569         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3570         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3571         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3572         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3573                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3574 }
3575
3576 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3577 /*
3578  * Return node id of node used for "local" allocations.
3579  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3580  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3581  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3582  */
3583 int local_memory_node(int node)
3584 {
3585         struct zone *zone;
3586
3587         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3588                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3589                                    NULL,
3590                                    &zone);
3591         return zone->node;
3592 }
3593 #endif
3594
3595 #else   /* CONFIG_NUMA */
3596
3597 static void set_zonelist_order(void)
3598 {
3599         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3600 }
3601
3602 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3603 {
3604         int node, local_node;
3605         enum zone_type j;
3606         struct zonelist *zonelist;
3607
3608         local_node = pgdat->node_id;
3609
3610         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3611         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0, MAX_NR_ZONES - 1);
3612
3613         /*
3614          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3615          * of all the other nodes.
3616          * We don't want to pressure a particular node, so when
3617          * building the zones for node N, we make sure that the
3618          * zones coming right after the local ones are those from
3619          * node N+1 (modulo N)
3620          */
3621         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3622                 if (!node_online(node))
3623                         continue;
3624                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3625                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3626         }
3627         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3628                 if (!node_online(node))
3629                         continue;
3630                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j,
3631                                                         MAX_NR_ZONES - 1);
3632         }
3633
3634         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3635         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3636 }
3637
3638 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3639 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3640 {
3641         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3642 }
3643
3644 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3645
3646 /*
3647  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3648  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3649  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3650  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3651  * with interrupts disabled.
3652  *
3653  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3654  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3655  * hotplugged processors.
3656  *
3657  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3658  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3659  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3660  */
3661 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3662 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3663 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3664
3665 /*
3666  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3667  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3668  */
3669 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3670
3671 /* return values int ....just for stop_machine() */
3672 static int __build_all_zonelists(void *data)
3673 {
3674         int nid;
3675         int cpu;
3676         pg_data_t *self = data;
3677
3678 #ifdef CONFIG_NUMA
3679         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3680 #endif
3681
3682         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3683                 build_zonelists(self);
3684                 build_zonelist_cache(self);
3685         }
3686
3687         for_each_online_node(nid) {
3688                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3689
3690                 build_zonelists(pgdat);
3691                 build_zonelist_cache(pgdat);
3692         }
3693
3694         /*
3695          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3696          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3697          * each zone will be allocated later when the per cpu
3698          * allocator is available.
3699          *
3700          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3701          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3702          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3703          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3704          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3705          * (a chicken-egg dilemma).
3706          */
3707         for_each_possible_cpu(cpu) {
3708                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3709
3710 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3711                 /*
3712                  * We now know the "local memory node" for each node--
3713                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3714                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3715                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3716                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3717                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3718                  */
3719                 if (cpu_online(cpu))
3720                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3721 #endif
3722         }
3723
3724         return 0;
3725 }
3726
3727 /*
3728  * Called with zonelists_mutex held always
3729  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3730  */
3731 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3732 {
3733         set_zonelist_order();
3734
3735         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3736                 __build_all_zonelists(NULL);
3737                 mminit_verify_zonelist();
3738                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3739         } else {
3740                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3741                    of zonelist */
3742 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3743                 if (zone)
3744                         setup_zone_pageset(zone);
3745 #endif
3746                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3747                 /* cpuset refresh routine should be here */
3748         }
3749         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3750         /*
3751          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3752          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3753          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3754          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3755          * disabled and enable it later
3756          */
3757         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3758                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3759         else
3760                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3761
3762         printk("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3763                 "Total pages: %ld\n",
3764                         nr_online_nodes,
3765                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3766                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3767                         vm_total_pages);
3768 #ifdef CONFIG_NUMA
3769         printk("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3770 #endif
3771 }
3772
3773 /*
3774  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3775  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3776  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3777  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3778  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3779  * conservative, even though it seems large.
3780  *
3781  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3782  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3783  */
3784 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3785
3786 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3787 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3788 {
3789         unsigned long size = 1;
3790
3791         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3792
3793         while (size < pages)
3794                 size <<= 1;
3795
3796         /*
3797          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3798          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3799          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3800          */
3801         size = min(size, 4096UL);
3802
3803         return max(size, 4UL);
3804 }
3805 #else
3806 /*
3807  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3808  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3809  *
3810  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3811  *
3812  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3813  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3814  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3815  *
3816  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3817  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3818  *
3819  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3820  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3821  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3822  */
3823 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3824 {
3825         return 4096UL;
3826 }
3827 #endif
3828
3829 /*
3830  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3831  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3832  * hash function before the remainder is taken.
3833  */
3834 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3835 {
3836         return ffz(~size);
3837 }
3838
3839 #define LONG_ALIGN(x) (((x)+(sizeof(long))-1)&~((sizeof(long))-1))
3840
3841 /*
3842  * Check if a pageblock contains reserved pages
3843  */
3844 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
3845 {
3846         unsigned long pfn;
3847
3848         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3849                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
3850                         return 1;
3851         }
3852         return 0;
3853 }
3854
3855 /*
3856  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
3857  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
3858  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
3859  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
3860  * blocks as reclaim kicks in
3861  */
3862 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
3863 {
3864         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
3865         struct page *page;
3866         unsigned long block_migratetype;
3867         int reserve;
3868
3869         /*
3870          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
3871          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
3872          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
3873          * the block.
3874          */
3875         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
3876         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
3877         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
3878         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
3879                                                         pageblock_order;
3880
3881         /*
3882          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
3883          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
3884          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
3885          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
3886          * future allocation of hugepages at runtime.
3887          */
3888         reserve = min(2, reserve);
3889
3890         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
3891                 if (!pfn_valid(pfn))
3892                         continue;
3893                 page = pfn_to_page(pfn);
3894
3895                 /* Watch out for overlapping nodes */
3896                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
3897                         continue;
3898
3899                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
3900
3901                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
3902                 if (reserve > 0) {
3903                         /*
3904                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
3905                          * them.
3906                          */
3907                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
3908                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
3909                                 continue;
3910
3911                         /* If this block is reserved, account for it */
3912                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3913                                 reserve--;
3914                                 continue;
3915                         }
3916
3917                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
3918                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
3919                                 set_pageblock_migratetype(page,
3920                                                         MIGRATE_RESERVE);
3921                                 move_freepages_block(zone, page,
3922                                                         MIGRATE_RESERVE);
3923                                 reserve--;
3924                                 continue;
3925                         }
3926                 }
3927
3928                 /*
3929                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
3930                  * take it back
3931                  */
3932                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
3933                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3934                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
3935                 }
3936         }
3937 }
3938
3939 /*
3940  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
3941  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
3942  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
3943  */
3944 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
3945                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
3946 {
3947         struct page *page;
3948         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
3949         unsigned long pfn;
3950         struct zone *z;
3951
3952         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
3953                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
3954
3955         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
3956         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
3957                 /*
3958                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
3959                  * handed to this function.  They do not
3960                  * exist on hotplugged memory.
3961                  */
3962                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
3963                         if (!early_pfn_valid(pfn))
3964                                 continue;
3965                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
3966                                 continue;
3967                 }
3968                 page = pfn_to_page(pfn);
3969                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
3970                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
3971                 init_page_count(page);
3972                 page_mapcount_reset(page);
3973                 page_nid_reset_last(page);
3974                 SetPageReserved(page);
3975                 /*
3976                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
3977                  * movable at startup. This will force kernel allocations
3978                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
3979                  * the address space during boot when many long-lived
3980                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
3981                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
3982                  * setup_zone_migrate_reserve()
3983                  *
3984                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
3985                  * can be created for invalid pages (for alignment)
3986                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
3987                  * pfn out of zone.
3988                  */
3989                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
3990                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
3991                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
3992                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
3993
3994                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
3995 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
3996                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
3997                 if (!is_highmem_idx(zone))
3998                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
3999 #endif
4000         }
4001 }
4002
4003 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4004 {
4005         int order, t;
4006         for_each_migratetype_order(order, t) {
4007                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4008                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4009         }
4010 }
4011
4012 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4013 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4014         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4015 #endif
4016
4017 static int __meminit zone_batchsize(struct zone *zone)
4018 {
4019 #ifdef CONFIG_MMU
4020         int batch;
4021
4022         /*
4023          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4024          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4025          *
4026          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4027          */
4028         batch = zone->managed_pages / 1024;
4029         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4030                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4031         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4032         if (batch < 1)
4033                 batch = 1;
4034
4035         /*
4036          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4037          * of 2 value was found to be more likely to have
4038          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4039          *
4040          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4041          * batches of pages, one task can end up with a lot
4042          * of pages of one half of the possible page colors
4043          * and the other with pages of the other colors.
4044          */
4045         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4046
4047         return batch;
4048
4049 #else
4050         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4051          * conditions.
4052          *
4053          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4054          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4055          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4056          *
4057          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4058          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4059          * can be a significant delay between the individual batches being
4060          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4061          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4062          */
4063         return 0;
4064 #endif
4065 }
4066
4067 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4068 {
4069         struct per_cpu_pages *pcp;
4070         int migratetype;
4071
4072         memset(p, 0, sizeof(*p));
4073
4074         pcp = &p->pcp;
4075         pcp->count = 0;
4076         pcp->high = 6 * batch;
4077         pcp->batch = max(1UL, 1 * batch);
4078         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4079                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4080 }
4081
4082 /*
4083  * setup_pagelist_highmark() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4084  * to the value high for the pageset p.
4085  */
4086
4087 static void setup_pagelist_highmark(struct per_cpu_pageset *p,
4088                                 unsigned long high)
4089 {
4090         struct per_cpu_pages *pcp;
4091
4092         pcp = &p->pcp;
4093         pcp->high = high;
4094         pcp->batch = max(1UL, high/4);
4095         if ((high/4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4096                 pcp->batch = PAGE_SHIFT * 8;
4097 }
4098
4099 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4100 {
4101         int cpu;
4102
4103         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4104
4105         for_each_possible_cpu(cpu) {
4106                 struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4107
4108                 setup_pageset(pcp, zone_batchsize(zone));
4109
4110                 if (percpu_pagelist_fraction)
4111                         setup_pagelist_highmark(pcp,
4112                                 (zone->managed_pages /
4113                                         percpu_pagelist_fraction));
4114         }
4115 }
4116
4117 /*
4118  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4119  * Before this call only boot pagesets were available.
4120  */
4121 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4122 {
4123         struct zone *zone;
4124
4125         for_each_populated_zone(zone)
4126                 setup_zone_pageset(zone);
4127 }
4128
4129 static noinline __init_refok
4130 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4131 {
4132         int i;
4133         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4134         size_t alloc_size;
4135
4136         /*
4137          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4138          * per zone.
4139          */
4140         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4141                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4142         zone->wait_table_bits =
4143                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4144         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4145                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4146
4147         if (!slab_is_available()) {
4148                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4149                         alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, alloc_size);
4150         } else {
4151                 /*
4152                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4153                  * via memory hot-add.
4154                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4155                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4156                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4157                  * node itself as well.
4158                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4159                  * necessary.
4160                  */
4161                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4162         }
4163         if (!zone->wait_table)
4164                 return -ENOMEM;
4165
4166         for(i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4167                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4168
4169         return 0;
4170 }
4171
4172 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4173 {
4174         /*
4175          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4176          * relies on the ability of the linker to provide the
4177          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4178          */
4179         zone->pageset = &boot_pageset;
4180
4181         if (zone->present_pages)
4182                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4183                         zone->name, zone->present_pages,
4184                                          zone_batchsize(zone));
4185 }
4186
4187 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4188                                         unsigned long zone_start_pfn,
4189                                         unsigned long size,
4190                                         enum memmap_context context)
4191 {
4192         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4193         int ret;
4194         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4195         if (ret)
4196                 return ret;
4197         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4198
4199         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4200
4201         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4202                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4203                         pgdat->node_id,
4204                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4205                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4206
4207         zone_init_free_lists(zone);
4208
4209         return 0;
4210 }
4211
4212 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4213 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4214 /*
4215  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4216  * Architectures may implement their own version but if add_active_range()
4217  * was used and there are no special requirements, this is a convenient
4218  * alternative
4219  */
4220 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4221 {
4222         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4223         int i, nid;
4224         /*
4225          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4226          * when the kernel is running single-threaded.
4227          */
4228         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4229         static int __meminitdata last_nid;
4230
4231         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4232                 return last_nid;
4233
4234         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
4235                 if (start_pfn <= pfn && pfn < end_pfn) {
4236                         last_start_pfn = start_pfn;
4237                         last_end_pfn = end_pfn;
4238                         last_nid = nid;
4239                         return nid;
4240                 }
4241         /* This is a memory hole */
4242         return -1;
4243 }
4244 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4245
4246 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4247 {
4248         int nid;
4249
4250         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4251         if (nid >= 0)
4252                 return nid;
4253         /* just returns 0 */
4254         return 0;
4255 }
4256
4257 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4258 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4259 {
4260         int nid;
4261
4262         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4263         if (nid >= 0 && nid != node)
4264                 return false;
4265         return true;
4266 }
4267 #endif
4268
4269 /**
4270  * free_bootmem_with_active_regions - Call free_bootmem_node for each active range
4271  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4272  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to free_bootmem_node
4273  *
4274  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4275  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4276  * this function may be used instead of calling free_bootmem() manually.
4277  */
4278 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4279 {
4280         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4281         int i, this_nid;
4282
4283         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4284                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4285                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4286
4287                 if (start_pfn < end_pfn)
4288                         free_bootmem_node(NODE_DATA(this_nid),
4289                                           PFN_PHYS(start_pfn),
4290                                           (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT);
4291         }
4292 }
4293
4294 /**
4295  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4296  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4297  *
4298  * If an architecture guarantees that all ranges registered with
4299  * add_active_ranges() contain no holes and may be freed, this
4300  * function may be used instead of calling memory_present() manually.
4301  */
4302 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4303 {
4304         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4305         int i, this_nid;
4306
4307         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4308                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4309 }
4310
4311 /**
4312  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4313  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4314  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4315  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4316  *
4317  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4318  * provided by an arch calling add_active_range(). If called for a node
4319  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4320  * PFNs will be 0.
4321  */
4322 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4323                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4324 {
4325         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4326         int i;
4327
4328         *start_pfn = -1UL;
4329         *end_pfn = 0;
4330
4331         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4332                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4333                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4334         }
4335
4336         if (*start_pfn == -1UL)
4337                 *start_pfn = 0;
4338 }
4339
4340 /*
4341  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4342  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4343  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4344  */
4345 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4346 {
4347         int zone_index;
4348         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4349                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4350                         continue;
4351
4352                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4353                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4354                         break;
4355         }
4356
4357         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4358         movable_zone = zone_index;
4359 }
4360
4361 /*
4362  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4363  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4364  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4365  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4366  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4367  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4368  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4369  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4370  */
4371 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4372                                         unsigned long zone_type,
4373                                         unsigned long node_start_pfn,
4374                                         unsigned long node_end_pfn,
4375                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4376                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4377 {
4378         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4379         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4380                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4381                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4382                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4383                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4384                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4385
4386                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4387                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4388                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4389                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4390
4391                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4392                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4393                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4394         }
4395 }
4396
4397 /*
4398  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4399  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4400  */
4401 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4402                                         unsigned long zone_type,
4403                                         unsigned long *ignored)
4404 {
4405         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4406         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4407
4408         /* Get the start and end of the node and zone */
4409         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4410         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4411         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4412         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4413                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4414                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4415
4416         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4417         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4418                 return 0;
4419
4420         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4421         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4422         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4423
4424         /* Return the spanned pages */
4425         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4426 }
4427
4428 /*
4429  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4430  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4431  */
4432 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4433                                 unsigned long range_start_pfn,
4434                                 unsigned long range_end_pfn)
4435 {
4436         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4437         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4438         int i;
4439
4440         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4441                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4442                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4443                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4444         }
4445         return nr_absent;
4446 }
4447
4448 /**
4449  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4450  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4451  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4452  *
4453  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4454  */
4455 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4456                                                         unsigned long end_pfn)
4457 {
4458         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4459 }
4460
4461 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4462 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4463                                         unsigned long zone_type,
4464                                         unsigned long *ignored)
4465 {
4466         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4467         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4468         unsigned long node_start_pfn, node_end_pfn;
4469         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4470
4471         get_pfn_range_for_nid(nid, &node_start_pfn, &node_end_pfn);
4472         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4473         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4474
4475         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4476                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4477                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4478         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4479 }
4480
4481 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4482 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4483                                         unsigned long zone_type,
4484                                         unsigned long *zones_size)
4485 {
4486         return zones_size[zone_type];
4487 }
4488
4489 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4490                                                 unsigned long zone_type,
4491                                                 unsigned long *zholes_size)
4492 {
4493         if (!zholes_size)
4494                 return 0;
4495
4496         return zholes_size[zone_type];
4497 }
4498
4499 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4500
4501 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4502                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4503 {
4504         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4505         enum zone_type i;
4506
4507         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4508                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4509                                                                 zones_size);
4510         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4511
4512         realtotalpages = totalpages;
4513         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4514                 realtotalpages -=
4515                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4516                                                                 zholes_size);
4517         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4518         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4519                                                         realtotalpages);
4520 }
4521
4522 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4523 /*
4524  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4525  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4526  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4527  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4528  * bytes.
4529  */
4530 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4531 {
4532         unsigned long usemapsize;
4533
4534         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4535         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4536         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4537         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4538         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4539
4540         return usemapsize / 8;
4541 }
4542
4543 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4544                                 struct zone *zone,
4545                                 unsigned long zone_start_pfn,
4546                                 unsigned long zonesize)
4547 {
4548         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4549         zone->pageblock_flags = NULL;
4550         if (usemapsize)
4551                 zone->pageblock_flags = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat,
4552                                                                    usemapsize);
4553 }
4554 #else
4555 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4556                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4557 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4558
4559 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4560
4561 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4562 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4563 {
4564         unsigned int order;
4565
4566         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4567         if (pageblock_order)
4568                 return;
4569
4570         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4571                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4572         else
4573                 order = MAX_ORDER - 1;
4574
4575         /*
4576          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4577          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4578          * powerpc.
4579          */
4580         pageblock_order = order;
4581 }
4582 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4583
4584 /*
4585  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4586  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4587  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4588  * the kernel config
4589  */
4590 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4591 {
4592 }
4593
4594 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4595
4596 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4597                                                    unsigned long present_pages)
4598 {
4599         unsigned long pages = spanned_pages;
4600
4601         /*
4602          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4603          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4604          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4605          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4606          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4607          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4608          */
4609         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4610             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4611                 pages = present_pages;
4612
4613         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4614 }
4615
4616 /*
4617  * Set up the zone data structures:
4618  *   - mark all pages reserved
4619  *   - mark all memory queues empty
4620  *   - clear the memory bitmaps
4621  *
4622  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4623  */
4624 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4625                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4626 {
4627         enum zone_type j;
4628         int nid = pgdat->node_id;
4629         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4630         int ret;
4631
4632         pgdat_resize_init(pgdat);
4633 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4634         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4635         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4636         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4637 #endif
4638         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4639         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4640         pgdat_page_cgroup_init(pgdat);
4641
4642         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4643                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4644                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4645
4646                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, zones_size);
4647                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4648                                                                 zholes_size);
4649
4650                 /*
4651                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4652                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4653                  * and per-cpu initialisations
4654                  */
4655                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4656                 if (freesize >= memmap_pages) {
4657                         freesize -= memmap_pages;
4658                         if (memmap_pages)
4659                                 printk(KERN_DEBUG
4660                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4661                                        zone_names[j], memmap_pages);
4662                 } else
4663                         printk(KERN_WARNING
4664                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4665                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4666
4667                 /* Account for reserved pages */
4668                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4669                         freesize -= dma_reserve;
4670                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4671                                         zone_names[0], dma_reserve);
4672                 }
4673
4674                 if (!is_highmem_idx(j))
4675                         nr_kernel_pages += freesize;
4676                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4677                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4678                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4679                 nr_all_pages += freesize;
4680
4681                 zone->spanned_pages = size;
4682                 zone->present_pages = realsize;
4683                 /*
4684                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4685                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4686                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4687                  */
4688                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4689 #ifdef CONFIG_NUMA
4690                 zone->node = nid;
4691                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4692                                                 / 100;
4693                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4694 #endif
4695                 zone->name = zone_names[j];
4696                 spin_lock_init(&zone->lock);
4697                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4698                 zone_seqlock_init(zone);
4699                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4700
4701                 zone_pcp_init(zone);
4702                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4703                 if (!size)
4704                         continue;
4705
4706                 set_pageblock_order();
4707                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4708                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4709                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4710                 BUG_ON(ret);
4711                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4712                 zone_start_pfn += size;
4713         }
4714 }
4715
4716 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4717 {
4718         /* Skip empty nodes */
4719         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4720                 return;
4721
4722 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4723         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4724         if (!pgdat->node_mem_map) {
4725                 unsigned long size, start, end;
4726                 struct page *map;
4727
4728                 /*
4729                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4730                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4731                  * for the buddy allocator to function correctly.
4732                  */
4733                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4734                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4735                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4736                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4737                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4738                 if (!map)
4739                         map = alloc_bootmem_node_nopanic(pgdat, size);
4740                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4741         }
4742 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4743         /*
4744          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4745          */
4746         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4747                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4748 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4749                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4750                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4751 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4752         }
4753 #endif
4754 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4755 }
4756
4757 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4758                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4759 {
4760         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4761
4762         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4763         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4764
4765         pgdat->node_id = nid;
4766         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4767         init_zone_allows_reclaim(nid);
4768         calculate_node_totalpages(pgdat, zones_size, zholes_size);
4769
4770         alloc_node_mem_map(pgdat);
4771 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4772         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
4773                 nid, (unsigned long)pgdat,
4774                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
4775 #endif
4776
4777         free_area_init_core(pgdat, zones_size, zholes_size);
4778 }
4779
4780 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4781
4782 #if MAX_NUMNODES > 1
4783 /*
4784  * Figure out the number of possible node ids.
4785  */
4786 void __init setup_nr_node_ids(void)
4787 {
4788         unsigned int node;
4789         unsigned int highest = 0;
4790
4791         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
4792                 highest = node;
4793         nr_node_ids = highest + 1;
4794 }
4795 #endif
4796
4797 /**
4798  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
4799  *
4800  * This function should be called after node map is populated and sorted.
4801  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
4802  * all the nodes.
4803  *
4804  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
4805  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
4806  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
4807  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
4808  *
4809  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
4810  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
4811  * populated node map.
4812  *
4813  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
4814  * requirement (single node).
4815  */
4816 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
4817 {
4818         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
4819         unsigned long start, end, mask;
4820         int last_nid = -1;
4821         int i, nid;
4822
4823         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
4824                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
4825                         last_nid = nid;
4826                         last_end = end;
4827                         continue;
4828                 }
4829
4830                 /*
4831                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
4832                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
4833                  * too coarse to separate the current node from the last.
4834                  */
4835                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
4836                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
4837                         mask <<= 1;
4838
4839                 /* accumulate all internode masks */
4840                 accl_mask |= mask;
4841         }
4842
4843         /* convert mask to number of pages */
4844         return ~accl_mask + 1;
4845 }
4846
4847 /* Find the lowest pfn for a node */
4848 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
4849 {
4850         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
4851         unsigned long start_pfn;
4852         int i;
4853
4854         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
4855                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
4856
4857         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
4858                 printk(KERN_WARNING
4859                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
4860                 return 0;
4861         }
4862
4863         return min_pfn;
4864 }
4865
4866 /**
4867  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
4868  *
4869  * It returns the minimum PFN based on information provided via
4870  * add_active_range().
4871  */
4872 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
4873 {
4874         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
4875 }
4876
4877 /*
4878  * early_calculate_totalpages()
4879  * Sum pages in active regions for movable zone.
4880  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
4881  */
4882 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
4883 {
4884         unsigned long totalpages = 0;
4885         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4886         int i, nid;
4887
4888         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
4889                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
4890
4891                 totalpages += pages;
4892                 if (pages)
4893                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
4894         }
4895         return totalpages;
4896 }
4897
4898 /*
4899  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
4900  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
4901  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
4902  * others
4903  */
4904 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
4905 {
4906         int i, nid;
4907         unsigned long usable_startpfn;
4908         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
4909         /* save the state before borrow the nodemask */
4910         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
4911         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
4912         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
4913
4914         /*
4915          * If movablecore was specified, calculate what size of
4916          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
4917          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
4918          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
4919          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
4920          * what movablecore would have allowed.
4921          */
4922         if (required_movablecore) {
4923                 unsigned long corepages;
4924
4925                 /*
4926                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
4927                  * was requested by the user
4928                  */
4929                 required_movablecore =
4930                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4931                 corepages = totalpages - required_movablecore;
4932
4933                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
4934         }
4935
4936         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
4937         if (!required_kernelcore)
4938                 goto out;
4939
4940         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
4941         find_usable_zone_for_movable();
4942         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
4943
4944 restart:
4945         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
4946         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4947         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
4948                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
4949
4950                 /*
4951                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
4952                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
4953                  * amount of memory for the kernel
4954                  */
4955                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
4956                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
4957
4958                 /*
4959                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
4960                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
4961                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
4962                  */
4963                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
4964
4965                 /* Go through each range of PFNs within this node */
4966                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4967                         unsigned long size_pages;
4968
4969                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
4970                         if (start_pfn >= end_pfn)
4971                                 continue;
4972
4973                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
4974                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
4975                                 unsigned long kernel_pages;
4976                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
4977                                                                 - start_pfn;
4978
4979                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
4980                                                         kernelcore_remaining);
4981                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
4982                                                         required_kernelcore);
4983
4984                                 /* Continue if range is now fully accounted */
4985                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
4986
4987                                         /*
4988                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
4989                                          * that if we have to rebalance
4990                                          * kernelcore across nodes, we will
4991                                          * not double account here
4992                                          */
4993                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
4994                                         continue;
4995                                 }
4996                                 start_pfn = usable_startpfn;
4997                         }
4998
4999                         /*
5000                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5001                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5002                          * number of pages used as kernelcore
5003                          */
5004                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5005                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5006                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5007                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5008
5009                         /*
5010                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5011                          * break if the kernelcore for this node has been
5012                          * satisified
5013                          */
5014                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5015                                                                 size_pages);
5016                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5017                         if (!kernelcore_remaining)
5018                                 break;
5019                 }
5020         }
5021
5022         /*
5023          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5024          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5025          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5026          * satisified
5027          */
5028         usable_nodes--;
5029         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5030                 goto restart;
5031
5032         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5033         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5034                 zone_movable_pfn[nid] =
5035                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5036
5037 out:
5038         /* restore the node_state */
5039         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5040 }
5041
5042 /* Any regular or high memory on that node ? */
5043 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5044 {
5045         enum zone_type zone_type;
5046
5047         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5048                 return;
5049
5050         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5051                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5052                 if (zone->present_pages) {
5053                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5054                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5055                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5056                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5057                         break;
5058                 }
5059         }
5060 }
5061
5062 /**
5063  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5064  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5065  *
5066  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5067  * Using the page ranges provided by add_active_range(), the size of each
5068  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5069  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5070  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5071  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5072  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5073  * at arch_max_dma_pfn.
5074  */
5075 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5076 {
5077         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5078         int i, nid;
5079
5080         /* Record where the zone boundaries are */
5081         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5082                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5083         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5084                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5085         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5086         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5087         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5088                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5089                         continue;
5090                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5091                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5092                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5093                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5094         }
5095         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5096         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5097
5098         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5099         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5100         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5101
5102         /* Print out the zone ranges */
5103         printk("Zone ranges:\n");
5104         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5105                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5106                         continue;
5107                 printk(KERN_CONT "  %-8s ", zone_names[i]);
5108                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5109                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5110                         printk(KERN_CONT "empty\n");
5111                 else
5112                         printk(KERN_CONT "[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5113                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5114                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5115                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5116         }
5117
5118         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5119         printk("Movable zone start for each node\n");
5120         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5121                 if (zone_movable_pfn[i])
5122                         printk("  Node %d: %#010lx\n", i,
5123                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5124         }
5125
5126         /* Print out the early node map */
5127         printk("Early memory node ranges\n");
5128         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5129                 printk("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5130                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5131
5132         /* Initialise every node */
5133         mminit_verify_pageflags_layout();
5134         setup_nr_node_ids();
5135         for_each_online_node(nid) {
5136                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5137                 free_area_init_node(nid, NULL,
5138                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5139
5140                 /* Any memory on that node */
5141                 if (pgdat->node_present_pages)
5142                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5143                 check_for_memory(pgdat, nid);
5144         }
5145 }
5146
5147 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5148 {
5149         unsigned long long coremem;
5150         if (!p)
5151                 return -EINVAL;
5152
5153         coremem = memparse(p, &p);
5154         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5155
5156         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5157         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5158
5159         return 0;
5160 }
5161
5162 /*
5163  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5164  * cannot be reclaimed or migrated.
5165  */
5166 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5167 {
5168         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5169 }
5170
5171 /*
5172  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5173  * can be reclaimed or migrated.
5174  */
5175 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5176 {
5177         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5178 }
5179
5180 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5181 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5182
5183 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5184
5185 unsigned long free_reserved_area(unsigned long start, unsigned long end,
5186                                  int poison, char *s)
5187 {
5188         unsigned long pages, pos;
5189
5190         pos = start = PAGE_ALIGN(start);
5191         end &= PAGE_MASK;
5192         for (pages = 0; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5193                 if (poison)
5194                         memset((void *)pos, poison, PAGE_SIZE);
5195                 free_reserved_page(virt_to_page((void *)pos));
5196         }
5197
5198         if (pages && s)
5199                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%lx - %lx)\n",
5200                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5201
5202         return pages;
5203 }
5204
5205 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5206 void free_highmem_page(struct page *page)
5207 {
5208         __free_reserved_page(page);
5209         totalram_pages++;
5210         totalhigh_pages++;
5211 }
5212 #endif
5213
5214 /**
5215  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5216  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5217  *
5218  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5219  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5220  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5221  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5222  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5223  * smaller per-cpu batchsize.
5224  */
5225 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5226 {
5227         dma_reserve = new_dma_reserve;
5228 }
5229
5230 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5231 {
5232         free_area_init_node(0, zones_size,
5233                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5234 }
5235
5236 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5237                                  unsigned long action, void *hcpu)
5238 {
5239         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5240
5241         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5242                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5243                 drain_pages(cpu);
5244
5245                 /*
5246                  * Spill the event counters of the dead processor
5247                  * into the current processors event counters.
5248                  * This artificially elevates the count of the current
5249                  * processor.
5250                  */
5251                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5252
5253                 /*
5254                  * Zero the differential counters of the dead processor
5255                  * so that the vm statistics are consistent.
5256                  *
5257                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5258                  * race with what we are doing.
5259                  */
5260                 refresh_cpu_vm_stats(cpu);
5261         }
5262         return NOTIFY_OK;
5263 }
5264
5265 void __init page_alloc_init(void)
5266 {
5267         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5268 }
5269
5270 /*
5271  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5272  *      or min_free_kbytes changes.
5273  */
5274 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5275 {
5276         struct pglist_data *pgdat;
5277         unsigned long reserve_pages = 0;
5278         enum zone_type i, j;
5279
5280         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5281                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5282                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5283                         unsigned long max = 0;
5284
5285                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5286                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5287                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5288                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5289                         }
5290
5291                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5292                         max += high_wmark_pages(zone);
5293
5294                         if (max > zone->managed_pages)
5295                                 max = zone->managed_pages;
5296                         reserve_pages += max;
5297                         /*
5298                          * Lowmem reserves are not available to
5299                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5300                          * kswapd tries to balance zones to their high
5301                          * watermark.  As a result, neither should be
5302                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5303                          * situation where reclaim has to clean pages
5304                          * in order to balance the zones.
5305                          */
5306                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5307                 }
5308         }
5309         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5310         totalreserve_pages = reserve_pages;
5311 }
5312
5313 /*
5314  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5315  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5316  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5317  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5318  */
5319 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5320 {
5321         struct pglist_data *pgdat;
5322         enum zone_type j, idx;
5323
5324         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5325                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5326                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5327                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5328
5329                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5330
5331                         idx = j;
5332                         while (idx) {
5333                                 struct zone *lower_zone;
5334
5335                                 idx--;
5336
5337                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5338                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5339
5340                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5341                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5342                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5343                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5344                         }
5345                 }
5346         }
5347
5348         /* update totalreserve_pages */
5349         calculate_totalreserve_pages();
5350 }
5351
5352 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5353 {
5354         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5355         unsigned long pages_low = extra_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5356         unsigned long lowmem_pages = 0;
5357         struct zone *zone;
5358         unsigned long flags;
5359
5360         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5361         for_each_zone(zone) {
5362                 if (!is_highmem(zone))
5363                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5364         }
5365
5366         for_each_zone(zone) {
5367                 u64 min, low;
5368
5369                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5370                 min = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5371                 do_div(min, lowmem_pages);
5372                 low = (u64)pages_low * zone->managed_pages;
5373                 do_div(low, vm_total_pages);
5374
5375                 if (is_highmem(zone)) {
5376                         /*
5377                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5378                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5379                          * value here.
5380                          *
5381                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5382                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5383                          * not be capped for highmem.
5384                          */
5385                         unsigned long min_pages;
5386
5387                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5388                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5389                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5390                 } else {
5391                         /*
5392                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5393                          * proportionate to the zone's size.
5394                          */
5395                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min;
5396                 }
5397
5398                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) +
5399                                         low + (min >> 2);
5400                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) +
5401                                         low + (min >> 1);
5402
5403                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5404                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5405         }
5406
5407         /* update totalreserve_pages */
5408         calculate_totalreserve_pages();
5409 }
5410
5411 /**
5412  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5413  * or when memory is hot-{added|removed}
5414  *
5415  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5416  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5417  */
5418 void setup_per_zone_wmarks(void)
5419 {
5420         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5421         __setup_per_zone_wmarks();
5422         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5423 }
5424
5425 /*
5426  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5427  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5428  * to be referenced again before it is swapped out.
5429  *
5430  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5431  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5432  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5433  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5434  *
5435  * total     target    max
5436  * memory    ratio     inactive anon
5437  * -------------------------------------
5438  *   10MB       1         5MB
5439  *  100MB       1        50MB
5440  *    1GB       3       250MB
5441  *   10GB      10       0.9GB
5442  *  100GB      31         3GB
5443  *    1TB     101        10GB
5444  *   10TB     320        32GB
5445  */
5446 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5447 {
5448         unsigned int gb, ratio;
5449
5450         /* Zone size in gigabytes */
5451         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5452         if (gb)
5453                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5454         else
5455                 ratio = 1;
5456
5457         zone->inactive_ratio = ratio;
5458 }
5459
5460 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5461 {
5462         struct zone *zone;
5463
5464         for_each_zone(zone)
5465                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5466 }
5467
5468 /*
5469  * Initialise min_free_kbytes.
5470  *
5471  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5472  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5473  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5474  *
5475  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5476  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5477  *
5478  * which yields
5479  *
5480  * 16MB:        512k
5481  * 32MB:        724k
5482  * 64MB:        1024k
5483  * 128MB:       1448k
5484  * 256MB:       2048k
5485  * 512MB:       2896k
5486  * 1024MB:      4096k
5487  * 2048MB:      5792k
5488  * 4096MB:      8192k
5489  * 8192MB:      11584k
5490  * 16384MB:     16384k
5491  */
5492 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5493 {
5494         unsigned long lowmem_kbytes;
5495
5496         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5497
5498         min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5499         if (min_free_kbytes < 128)
5500                 min_free_kbytes = 128;
5501         if (min_free_kbytes > 65536)
5502                 min_free_kbytes = 65536;
5503         setup_per_zone_wmarks();
5504         refresh_zone_stat_thresholds();
5505         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5506         setup_per_zone_inactive_ratio();
5507         return 0;
5508 }
5509 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5510
5511 /*
5512  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so 
5513  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5514  *      or extra_free_kbytes changes.
5515  */
5516 int min_free_kbytes_sysctl_handler(ctl_table *table, int write, 
5517         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5518 {
5519         proc_dointvec(table, write, buffer, length, ppos);
5520         if (write)
5521                 setup_per_zone_wmarks();
5522         return 0;
5523 }
5524
5525 #ifdef CONFIG_NUMA
5526 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5527         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5528 {
5529         struct zone *zone;
5530         int rc;
5531
5532         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5533         if (rc)
5534                 return rc;
5535
5536         for_each_zone(zone)
5537                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5538                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5539         return 0;
5540 }
5541
5542 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5543         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5544 {
5545         struct zone *zone;
5546         int rc;
5547
5548         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5549         if (rc)
5550                 return rc;
5551
5552         for_each_zone(zone)
5553                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5554                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5555         return 0;
5556 }
5557 #endif
5558
5559 /*
5560  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5561  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5562  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5563  *
5564  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5565  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5566  * if in function of the boot time zone sizes.
5567  */
5568 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5569         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5570 {
5571         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5572         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5573         return 0;
5574 }
5575
5576 /*
5577  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5578  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu pagelist
5579  * can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5580  */
5581
5582 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(ctl_table *table, int write,
5583         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5584 {
5585         struct zone *zone;
5586         unsigned int cpu;
5587         int ret;
5588
5589         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5590         if (!write || (ret < 0))
5591                 return ret;
5592         for_each_populated_zone(zone) {
5593                 for_each_possible_cpu(cpu) {
5594                         unsigned long  high;
5595                         high = zone->managed_pages / percpu_pagelist_fraction;
5596                         setup_pagelist_highmark(
5597                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu), high);
5598                 }
5599         }
5600         return 0;
5601 }
5602
5603 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5604
5605 #ifdef CONFIG_NUMA
5606 static int __init set_hashdist(char *str)
5607 {
5608         if (!str)
5609                 return 0;
5610         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5611         return 1;
5612 }
5613 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5614 #endif
5615
5616 /*
5617  * allocate a large system hash table from bootmem
5618  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5619  *   quantity of entries
5620  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5621  */
5622 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5623                                      unsigned long bucketsize,
5624                                      unsigned long numentries,
5625                                      int scale,
5626                                      int flags,
5627                                      unsigned int *_hash_shift,
5628                                      unsigned int *_hash_mask,
5629                                      unsigned long low_limit,
5630                                      unsigned long high_limit)
5631 {
5632         unsigned long long max = high_limit;
5633         unsigned long log2qty, size;
5634         void *table = NULL;
5635
5636         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5637         if (!numentries) {
5638                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5639                 numentries = nr_kernel_pages;
5640                 numentries += (1UL << (20 - PAGE_SHIFT)) - 1;
5641                 numentries >>= 20 - PAGE_SHIFT;
5642                 numentries <<= 20 - PAGE_SHIFT;
5643
5644                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
5645                 if (scale > PAGE_SHIFT)
5646                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
5647                 else
5648                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
5649
5650                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
5651                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
5652                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
5653                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
5654                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
5655                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
5656                                 BUG_ON(!numentries);
5657                         }
5658                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
5659                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
5660         }
5661         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
5662
5663         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
5664         if (max == 0) {
5665                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
5666                 do_div(max, bucketsize);
5667         }
5668         max = min(max, 0x80000000ULL);
5669
5670         if (numentries < low_limit)
5671                 numentries = low_limit;
5672         if (numentries > max)
5673                 numentries = max;
5674
5675         log2qty = ilog2(numentries);
5676
5677         do {
5678                 size = bucketsize << log2qty;
5679                 if (flags & HASH_EARLY)
5680                         table = alloc_bootmem_nopanic(size);
5681                 else if (hashdist)
5682                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
5683                 else {
5684                         /*
5685                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
5686                          * some pages at the end of hash table which
5687                          * alloc_pages_exact() automatically does
5688                          */
5689                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
5690                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
5691                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
5692                         }
5693                 }
5694         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
5695
5696         if (!table)
5697                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
5698
5699         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
5700                tablename,
5701                (1UL << log2qty),
5702                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
5703                size);
5704
5705         if (_hash_shift)
5706                 *_hash_shift = log2qty;
5707         if (_hash_mask)
5708                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
5709
5710         return table;
5711 }
5712
5713 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
5714 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
5715                                                         unsigned long pfn)
5716 {
5717 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5718         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
5719 #else
5720         return zone->pageblock_flags;
5721 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5722 }
5723
5724 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
5725 {
5726 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5727         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
5728         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5729 #else
5730         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
5731         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
5732 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5733 }
5734
5735 /**
5736  * get_pageblock_flags_group - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
5737  * @page: The page within the block of interest
5738  * @start_bitidx: The first bit of interest to retrieve
5739  * @end_bitidx: The last bit of interest
5740  * returns pageblock_bits flags
5741  */
5742 unsigned long get_pageblock_flags_group(struct page *page,
5743                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5744 {
5745         struct zone *zone;
5746         unsigned long *bitmap;
5747         unsigned long pfn, bitidx;
5748         unsigned long flags = 0;
5749         unsigned long value = 1;
5750
5751         zone = page_zone(page);
5752         pfn = page_to_pfn(page);
5753         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5754         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5755
5756         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5757                 if (test_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap))
5758                         flags |= value;
5759
5760         return flags;
5761 }
5762
5763 /**
5764  * set_pageblock_flags_group - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
5765  * @page: The page within the block of interest
5766  * @start_bitidx: The first bit of interest
5767  * @end_bitidx: The last bit of interest
5768  * @flags: The flags to set
5769  */
5770 void set_pageblock_flags_group(struct page *page, unsigned long flags,
5771                                         int start_bitidx, int end_bitidx)
5772 {
5773         struct zone *zone;
5774         unsigned long *bitmap;
5775         unsigned long pfn, bitidx;
5776         unsigned long value = 1;
5777
5778         zone = page_zone(page);
5779         pfn = page_to_pfn(page);
5780         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
5781         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
5782         VM_BUG_ON(!zone_spans_pfn(zone, pfn));
5783
5784         for (; start_bitidx <= end_bitidx; start_bitidx++, value <<= 1)
5785                 if (flags & value)
5786                         __set_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5787                 else
5788                         __clear_bit(bitidx + start_bitidx, bitmap);
5789 }
5790
5791 /*
5792  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
5793  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
5794  *
5795  * PageLRU check wihtout isolation or lru_lock could race so that
5796  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
5797  * expect this function should be exact.
5798  */
5799 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
5800                          bool skip_hwpoisoned_pages)
5801 {
5802         unsigned long pfn, iter, found;
5803         int mt;
5804
5805         /*
5806          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
5807          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
5808          */
5809         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
5810                 return false;
5811         mt = get_pageblock_migratetype(page);
5812         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
5813                 return false;
5814
5815         pfn = page_to_pfn(page);
5816         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
5817                 unsigned long check = pfn + iter;
5818
5819                 if (!pfn_valid_within(check))
5820                         continue;
5821
5822                 page = pfn_to_page(check);
5823                 /*
5824                  * We can't use page_count without pin a page
5825                  * because another CPU can free compound page.
5826                  * This check already skips compound tails of THP
5827                  * because their page->_count is zero at all time.
5828                  */
5829                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
5830                         if (PageBuddy(page))
5831                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
5832                         continue;
5833                 }
5834
5835                 /*
5836                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
5837                  * page_count() is not 0.
5838                  */
5839                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
5840                         continue;
5841
5842                 if (!PageLRU(page))
5843                         found++;
5844                 /*
5845                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
5846                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
5847                  * and it still to be fixed.
5848                  */
5849                 /*
5850                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
5851                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
5852                  *
5853                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
5854                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
5855                  * page at boot.
5856                  */
5857                 if (found > count)
5858                         return true;
5859         }
5860         return false;
5861 }
5862
5863 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
5864 {
5865         struct zone *zone;
5866         unsigned long pfn;
5867
5868         /*
5869          * We have to be careful here because we are iterating over memory
5870          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
5871          * the zone but still within the section.
5872          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
5873          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
5874          */
5875         if (!node_online(page_to_nid(page)))
5876                 return false;
5877
5878         zone = page_zone(page);
5879         pfn = page_to_pfn(page);
5880         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
5881                 return false;
5882
5883         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
5884 }
5885
5886 #ifdef CONFIG_CMA
5887
5888 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
5889 {
5890         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5891                              pageblock_nr_pages) - 1);
5892 }
5893
5894 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
5895 {
5896         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
5897                                 pageblock_nr_pages));
5898 }
5899
5900 /* [start, end) must belong to a single zone. */
5901 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
5902                                         unsigned long start, unsigned long end)
5903 {
5904         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
5905         unsigned long nr_reclaimed;
5906         unsigned long pfn = start;
5907         unsigned int tries = 0;
5908         int ret = 0;
5909
5910         migrate_prep();
5911
5912         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
5913                 if (fatal_signal_pending(current)) {
5914                         ret = -EINTR;
5915                         break;
5916                 }
5917
5918                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
5919                         cc->nr_migratepages = 0;
5920                         pfn = isolate_migratepages_range(cc->zone, cc,
5921                                                          pfn, end, true);
5922                         if (!pfn) {
5923                                 ret = -EINTR;
5924                                 break;
5925                         }
5926                         tries = 0;
5927                 } else if (++tries == 5) {
5928                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
5929                         break;
5930                 }
5931
5932                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
5933                                                         &cc->migratepages);
5934                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
5935
5936                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
5937                                     0, MIGRATE_SYNC, MR_CMA);
5938         }
5939         if (ret < 0) {
5940                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
5941                 return ret;
5942         }
5943         return 0;
5944 }
5945
5946 /**
5947  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
5948  * @start:      start PFN to allocate
5949  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
5950  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
5951  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
5952  *                      in range must have the same migratetype and it must
5953  *                      be either of the two.
5954  *
5955  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
5956  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
5957  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
5958  * pages fall in.
5959  *
5960  * The PFN range must belong to a single zone.
5961  *
5962  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
5963  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
5964  * need to be freed with free_contig_range().
5965  */
5966 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
5967                        unsigned migratetype)
5968 {
5969         unsigned long outer_start, outer_end;
5970         int ret = 0, order;
5971
5972         struct compact_control cc = {
5973                 .nr_migratepages = 0,
5974                 .order = -1,
5975                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
5976                 .sync = true,
5977                 .ignore_skip_hint = true,
5978         };
5979         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
5980
5981         /*
5982          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
5983          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
5984          * have different sizes, and due to the way page allocator
5985          * work, we align the range to biggest of the two pages so
5986          * that page allocator won't try to merge buddies from
5987          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
5988          * other migration type.
5989          *
5990          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
5991          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
5992          * we are interested in).  This will put all the pages in
5993          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
5994          *
5995          * When this is done, we take the pages in range from page
5996          * allocator removing them from the buddy system.  This way
5997          * page allocator will never consider using them.
5998          *
5999          * This lets us mark the pageblocks back as
6000          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6001          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6002          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6003          */
6004
6005         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6006                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6007                                        false);
6008         if (ret)
6009                 return ret;
6010
6011         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6012         if (ret)
6013                 goto done;
6014
6015         /*
6016          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6017          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6018          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6019          * What we are going to do is to allocate all pages from
6020          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6021          *
6022          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6023          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6024          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6025          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6026          * once this is done free the pages we are not interested in.
6027          *
6028          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6029          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6030          */
6031
6032         lru_add_drain_all();
6033         drain_all_pages();
6034
6035         order = 0;
6036         outer_start = start;
6037         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6038                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6039                         ret = -EBUSY;
6040                         goto done;
6041                 }
6042                 outer_start &= ~0UL << order;
6043         }
6044
6045         /* Make sure the range is really isolated. */
6046         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6047                 pr_warn("alloc_contig_range test_pages_isolated(%lx, %lx) failed\n",
6048                        outer_start, end);
6049                 ret = -EBUSY;
6050                 goto done;
6051         }
6052
6053
6054         /* Grab isolated pages from freelists. */
6055         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6056         if (!outer_end) {
6057                 ret = -EBUSY;
6058                 goto done;
6059         }
6060
6061         /* Free head and tail (if any) */
6062         if (start != outer_start)
6063                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6064         if (end != outer_end)
6065                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6066
6067 done:
6068         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6069                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6070         return ret;
6071 }
6072
6073 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6074 {
6075         unsigned int count = 0;
6076
6077         for (; nr_pages--; pfn++) {
6078                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6079
6080                 count += page_count(page) != 1;
6081                 __free_page(page);
6082         }
6083         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6084 }
6085 #endif
6086
6087 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6088 static int __meminit __zone_pcp_update(void *data)
6089 {
6090         struct zone *zone = data;
6091         int cpu;
6092         unsigned long batch = zone_batchsize(zone), flags;
6093
6094         for_each_possible_cpu(cpu) {
6095                 struct per_cpu_pageset *pset;
6096                 struct per_cpu_pages *pcp;
6097
6098                 pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6099                 pcp = &pset->pcp;
6100
6101                 local_irq_save(flags);
6102                 if (pcp->count > 0)
6103                         free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
6104                 drain_zonestat(zone, pset);
6105                 setup_pageset(pset, batch);
6106                 local_irq_restore(flags);
6107         }
6108         return 0;
6109 }
6110
6111 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6112 {
6113         stop_machine(__zone_pcp_update, zone, NULL);
6114 }
6115 #endif
6116
6117 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6118 {
6119         unsigned long flags;
6120         int cpu;
6121         struct per_cpu_pageset *pset;
6122
6123         /* avoid races with drain_pages()  */
6124         local_irq_save(flags);
6125         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6126                 for_each_online_cpu(cpu) {
6127                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6128                         drain_zonestat(zone, pset);
6129                 }
6130                 free_percpu(zone->pageset);
6131                 zone->pageset = &boot_pageset;
6132         }
6133         local_irq_restore(flags);
6134 }
6135
6136 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6137 /*
6138  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6139  */
6140 void
6141 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6142 {
6143         struct page *page;
6144         struct zone *zone;
6145         int order, i;
6146         unsigned long pfn;
6147         unsigned long flags;
6148         /* find the first valid pfn */
6149         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6150                 if (pfn_valid(pfn))
6151                         break;
6152         if (pfn == end_pfn)
6153                 return;
6154         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6155         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6156         pfn = start_pfn;
6157         while (pfn < end_pfn) {
6158                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6159                         pfn++;
6160                         continue;
6161                 }
6162                 page = pfn_to_page(pfn);
6163                 /*
6164                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6165                  * page_count() is not 0.
6166                  */
6167                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6168                         pfn++;
6169                         SetPageReserved(page);
6170                         continue;
6171                 }
6172
6173                 BUG_ON(page_count(page));
6174                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6175                 order = page_order(page);
6176 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6177                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6178                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6179 #endif
6180                 list_del(&page->lru);
6181                 rmv_page_order(page);
6182                 zone->free_area[order].nr_free--;
6183 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6184                 if (PageHighMem(page))
6185                         totalhigh_pages -= 1 << order;
6186 #endif
6187                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6188                         SetPageReserved((page+i));
6189                 pfn += (1 << order);
6190         }
6191         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6192 }
6193 #endif
6194
6195 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6196 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6197 {
6198         struct zone *zone = page_zone(page);
6199         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6200         unsigned long flags;
6201         int order;
6202
6203         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6204         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6205                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6206
6207                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6208                         break;
6209         }
6210         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6211
6212         return order < MAX_ORDER;
6213 }
6214 #endif
6215
6216 static const struct trace_print_flags pageflag_names[] = {
6217         {1UL << PG_locked,              "locked"        },
6218         {1UL << PG_error,               "error"         },
6219         {1UL << PG_referenced,          "referenced"    },
6220         {1UL << PG_uptodate,            "uptodate"      },
6221         {1UL << PG_dirty,               "dirty"         },
6222         {1UL << PG_lru,                 "lru"           },
6223         {1UL << PG_active,              "active"        },
6224         {1UL << PG_slab,                "slab"          },
6225         {1UL << PG_owner_priv_1,        "owner_priv_1"  },
6226         {1UL << PG_arch_1,              "arch_1"        },
6227         {1UL << PG_reserved,            "reserved"      },
6228         {1UL << PG_private,             "private"       },
6229         {1UL << PG_private_2,           "private_2"     },
6230         {1UL << PG_writeback,           "writeback"     },
6231 #ifdef CONFIG_PAGEFLAGS_EXTENDED
6232         {1UL << PG_head,                "head"          },
6233         {1UL << PG_tail,                "tail"          },
6234 #else
6235         {1UL << PG_compound,            "compound"      },
6236 #endif
6237         {1UL << PG_swapcache,           "swapcache"     },
6238         {1UL << PG_mappedtodisk,        "mappedtodisk"  },
6239         {1UL << PG_reclaim,             "reclaim"       },
6240         {1UL << PG_swapbacked,          "swapbacked"    },
6241         {1UL << PG_unevictable,         "unevictable"   },
6242 #ifdef CONFIG_MMU
6243         {1UL << PG_mlocked,             "mlocked"       },
6244 #endif
6245 #ifdef CONFIG_ARCH_USES_PG_UNCACHED
6246         {1UL << PG_uncached,            "uncached"      },
6247 #endif
6248 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6249         {1UL << PG_hwpoison,            "hwpoison"      },
6250 #endif
6251 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6252         {1UL << PG_compound_lock,       "compound_lock" },
6253 #endif
6254 };
6255
6256 static void dump_page_flags(unsigned long flags)
6257 {
6258         const char *delim = "";
6259         unsigned long mask;
6260         int i;
6261
6262         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(pageflag_names) != __NR_PAGEFLAGS);
6263
6264         printk(KERN_ALERT "page flags: %#lx(", flags);
6265
6266         /* remove zone id */
6267         flags &= (1UL << NR_PAGEFLAGS) - 1;
6268
6269         for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(pageflag_names) && flags; i++) {
6270
6271                 mask = pageflag_names[i].mask;
6272                 if ((flags & mask) != mask)
6273                         continue;
6274
6275                 flags &= ~mask;
6276                 printk("%s%s", delim, pageflag_names[i].name);
6277                 delim = "|";
6278         }
6279
6280         /* check for left over flags */
6281         if (flags)
6282                 printk("%s%#lx", delim, flags);
6283
6284         printk(")\n");
6285 }
6286
6287 void dump_page(struct page *page)
6288 {
6289         printk(KERN_ALERT
6290                "page:%p count:%d mapcount:%d mapping:%p index:%#lx\n",
6291                 page, atomic_read(&page->_count), page_mapcount(page),
6292                 page->mapping, page->index);
6293         dump_page_flags(page->flags);
6294         mem_cgroup_print_bad_page(page);
6295 }