e3f00f622f28e400a7a578314e1eef603b86388e
[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/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64
65 #include <asm/sections.h>
66 #include <asm/tlbflush.h>
67 #include <asm/div64.h>
68 #include "internal.h"
69
70 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
71 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
72 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
73
74 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
75 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
76 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
77 #endif
78
79 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
80 /*
81  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
82  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
83  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
84  * defined in <linux/topology.h>.
85  */
86 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
87 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
88 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
89 #endif
90
91 /*
92  * Array of node states.
93  */
94 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
95         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
96         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
97 #ifndef CONFIG_NUMA
98         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
100         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #endif
102 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
103         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif  /* NUMA */
107 };
108 EXPORT_SYMBOL(node_states);
109
110 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
111 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
112
113 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
114 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
116 /*
117  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
118  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
119  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
120  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
121  */
122 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
123
124 int percpu_pagelist_fraction;
125 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
126
127 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
128 /*
129  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
130  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
131  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
132  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
133  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
134  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
135  */
136
137 static gfp_t saved_gfp_mask;
138
139 void pm_restore_gfp_mask(void)
140 {
141         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
142         if (saved_gfp_mask) {
143                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
144                 saved_gfp_mask = 0;
145         }
146 }
147
148 void pm_restrict_gfp_mask(void)
149 {
150         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
151         WARN_ON(saved_gfp_mask);
152         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
153         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
154 }
155
156 bool pm_suspended_storage(void)
157 {
158         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
159                 return false;
160         return true;
161 }
162 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
163
164 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
165 int pageblock_order __read_mostly;
166 #endif
167
168 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
169
170 /*
171  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
172  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
173  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
174  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
175  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
176  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
177  *
178  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
179  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
180  */
181 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
182 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
183          256,
184 #endif
185 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
186          256,
187 #endif
188 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
189          32,
190 #endif
191          32,
192 };
193
194 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
195
196 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
197 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
198          "DMA",
199 #endif
200 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
201          "DMA32",
202 #endif
203          "Normal",
204 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
205          "HighMem",
206 #endif
207          "Movable",
208 };
209
210 int min_free_kbytes = 1024;
211 int user_min_free_kbytes = -1;
212
213 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
214 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
215 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
216
217 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
218 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
221 static unsigned long __initdata required_movablecore;
222 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
223
224 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
225 int movable_zone;
226 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
227 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
228
229 #if MAX_NUMNODES > 1
230 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
231 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
232 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
233 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
234 #endif
235
236 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
237
238 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
239 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
240 {
241         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
242 }
243
244 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
245 static inline bool __defermem_init early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
246 {
247         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
248
249         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
250                 return true;
251
252         return false;
253 }
254
255 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
256 {
257         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
258                 return true;
259
260         return false;
261 }
262
263 /*
264  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
265  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
266  */
267 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
268                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
269                                 unsigned long *nr_initialised)
270 {
271         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
272         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
273                 return true;
274
275         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
276         (*nr_initialised)++;
277         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
278             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
279                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
280                 return false;
281         }
282
283         return true;
284 }
285 #else
286 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
287 {
288 }
289
290 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
291 {
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         return false;
298 }
299
300 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
301                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
302                                 unsigned long *nr_initialised)
303 {
304         return true;
305 }
306 #endif
307
308
309 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
310 {
311         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
312                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
313                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
314
315         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
316                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
317 }
318
319 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
320 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
321 {
322         int ret = 0;
323         unsigned seq;
324         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
325         unsigned long sp, start_pfn;
326
327         do {
328                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
329                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
330                 sp = zone->spanned_pages;
331                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
332                         ret = 1;
333         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
334
335         if (ret)
336                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
337                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
338                         start_pfn, start_pfn + sp);
339
340         return ret;
341 }
342
343 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
344 {
345         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
346                 return 0;
347         if (zone != page_zone(page))
348                 return 0;
349
350         return 1;
351 }
352 /*
353  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
354  */
355 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
356 {
357         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
358                 return 1;
359         if (!page_is_consistent(zone, page))
360                 return 1;
361
362         return 0;
363 }
364 #else
365 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
366 {
367         return 0;
368 }
369 #endif
370
371 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
372                 unsigned long bad_flags)
373 {
374         static unsigned long resume;
375         static unsigned long nr_shown;
376         static unsigned long nr_unshown;
377
378         /* Don't complain about poisoned pages */
379         if (PageHWPoison(page)) {
380                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
381                 return;
382         }
383
384         /*
385          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
386          * or allow a steady drip of one report per second.
387          */
388         if (nr_shown == 60) {
389                 if (time_before(jiffies, resume)) {
390                         nr_unshown++;
391                         goto out;
392                 }
393                 if (nr_unshown) {
394                         printk(KERN_ALERT
395                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
396                                 nr_unshown);
397                         nr_unshown = 0;
398                 }
399                 nr_shown = 0;
400         }
401         if (nr_shown++ == 0)
402                 resume = jiffies + 60 * HZ;
403
404         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
405                 current->comm, page_to_pfn(page));
406         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
407
408         print_modules();
409         dump_stack();
410 out:
411         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
412         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
413         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
414 }
415
416 /*
417  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
418  *
419  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
420  *
421  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
422  *
423  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
424  * pointing at the head page.
425  *
426  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
427  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
428  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
429  */
430
431 static void free_compound_page(struct page *page)
432 {
433         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
434 }
435
436 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
437 {
438         int i;
439         int nr_pages = 1 << order;
440
441         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
442         set_compound_order(page, order);
443         __SetPageHead(page);
444         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
445                 struct page *p = page + i;
446                 set_page_count(p, 0);
447                 p->first_page = page;
448                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
449                 smp_wmb();
450                 __SetPageTail(p);
451         }
452 }
453
454 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
455 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
456 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
457 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
458
459 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
460 {
461         if (!buf)
462                 return -EINVAL;
463
464         if (strcmp(buf, "on") == 0)
465                 _debug_pagealloc_enabled = true;
466
467         return 0;
468 }
469 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
470
471 static bool need_debug_guardpage(void)
472 {
473         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
474         if (!debug_pagealloc_enabled())
475                 return false;
476
477         return true;
478 }
479
480 static void init_debug_guardpage(void)
481 {
482         if (!debug_pagealloc_enabled())
483                 return;
484
485         _debug_guardpage_enabled = true;
486 }
487
488 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
489         .need = need_debug_guardpage,
490         .init = init_debug_guardpage,
491 };
492
493 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
494 {
495         unsigned long res;
496
497         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
498                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
499                 return 0;
500         }
501         _debug_guardpage_minorder = res;
502         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
503         return 0;
504 }
505 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
506
507 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
508                                 unsigned int order, int migratetype)
509 {
510         struct page_ext *page_ext;
511
512         if (!debug_guardpage_enabled())
513                 return;
514
515         page_ext = lookup_page_ext(page);
516         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
517
518         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
519         set_page_private(page, order);
520         /* Guard pages are not available for any usage */
521         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
522 }
523
524 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
525                                 unsigned int order, int migratetype)
526 {
527         struct page_ext *page_ext;
528
529         if (!debug_guardpage_enabled())
530                 return;
531
532         page_ext = lookup_page_ext(page);
533         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
534
535         set_page_private(page, 0);
536         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
537                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
538 }
539 #else
540 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
541 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
542                                 unsigned int order, int migratetype) {}
543 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
544                                 unsigned int order, int migratetype) {}
545 #endif
546
547 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
548 {
549         set_page_private(page, order);
550         __SetPageBuddy(page);
551 }
552
553 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
554 {
555         __ClearPageBuddy(page);
556         set_page_private(page, 0);
557 }
558
559 /*
560  * This function checks whether a page is free && is the buddy
561  * we can do coalesce a page and its buddy if
562  * (a) the buddy is not in a hole &&
563  * (b) the buddy is in the buddy system &&
564  * (c) a page and its buddy have the same order &&
565  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
566  *
567  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
568  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
569  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
570  * serialized by zone->lock.
571  *
572  * For recording page's order, we use page_private(page).
573  */
574 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
575                                                         unsigned int order)
576 {
577         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
578                 return 0;
579
580         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
581                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
582                         return 0;
583
584                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
585
586                 return 1;
587         }
588
589         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
590                 /*
591                  * zone check is done late to avoid uselessly
592                  * calculating zone/node ids for pages that could
593                  * never merge.
594                  */
595                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
596                         return 0;
597
598                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
599
600                 return 1;
601         }
602         return 0;
603 }
604
605 /*
606  * Freeing function for a buddy system allocator.
607  *
608  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
609  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
610  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
611  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
612  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
613  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
614  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
615  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
616  * parts of the VM system.
617  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
618  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
619  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
620  * field.
621  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
622  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
623  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
624  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
625  * triggers coalescing into a block of larger size.
626  *
627  * -- nyc
628  */
629
630 static inline void __free_one_page(struct page *page,
631                 unsigned long pfn,
632                 struct zone *zone, unsigned int order,
633                 int migratetype)
634 {
635         unsigned long page_idx;
636         unsigned long combined_idx;
637         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
638         struct page *buddy;
639         int max_order = MAX_ORDER;
640
641         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
642         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
643
644         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
645         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
646                 /*
647                  * We restrict max order of merging to prevent merge
648                  * between freepages on isolate pageblock and normal
649                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
650                  * could cause incorrect freepage accounting.
651                  */
652                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
653         } else {
654                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
655         }
656
657         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
658
659         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
660         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
661
662         while (order < max_order - 1) {
663                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
664                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
665                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
666                         break;
667                 /*
668                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
669                  * merge with it and move up one order.
670                  */
671                 if (page_is_guard(buddy)) {
672                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
673                 } else {
674                         list_del(&buddy->lru);
675                         zone->free_area[order].nr_free--;
676                         rmv_page_order(buddy);
677                 }
678                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
679                 page = page + (combined_idx - page_idx);
680                 page_idx = combined_idx;
681                 order++;
682         }
683         set_page_order(page, order);
684
685         /*
686          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
687          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
688          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
689          * that is happening, add the free page to the tail of the list
690          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
691          * as a higher order page
692          */
693         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
694                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
695                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
696                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
697                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
698                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
699                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
700                         list_add_tail(&page->lru,
701                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
702                         goto out;
703                 }
704         }
705
706         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
707 out:
708         zone->free_area[order].nr_free++;
709 }
710
711 static inline int free_pages_check(struct page *page)
712 {
713         const char *bad_reason = NULL;
714         unsigned long bad_flags = 0;
715
716         if (unlikely(page_mapcount(page)))
717                 bad_reason = "nonzero mapcount";
718         if (unlikely(page->mapping != NULL))
719                 bad_reason = "non-NULL mapping";
720         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
721                 bad_reason = "nonzero _count";
722         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
723                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
724                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
725         }
726 #ifdef CONFIG_MEMCG
727         if (unlikely(page->mem_cgroup))
728                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
729 #endif
730         if (unlikely(bad_reason)) {
731                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
732                 return 1;
733         }
734         page_cpupid_reset_last(page);
735         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
736                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
737         return 0;
738 }
739
740 /*
741  * Frees a number of pages from the PCP lists
742  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
743  * count is the number of pages to free.
744  *
745  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
746  * see if this freeing clears that state.
747  *
748  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
749  * pinned" detection logic.
750  */
751 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
752                                         struct per_cpu_pages *pcp)
753 {
754         int migratetype = 0;
755         int batch_free = 0;
756         int to_free = count;
757         unsigned long nr_scanned;
758
759         spin_lock(&zone->lock);
760         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
761         if (nr_scanned)
762                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
763
764         while (to_free) {
765                 struct page *page;
766                 struct list_head *list;
767
768                 /*
769                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
770                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
771                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
772                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
773                  * lists
774                  */
775                 do {
776                         batch_free++;
777                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
778                                 migratetype = 0;
779                         list = &pcp->lists[migratetype];
780                 } while (list_empty(list));
781
782                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
783                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
784                         batch_free = to_free;
785
786                 do {
787                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
788
789                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
790                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
791                         list_del(&page->lru);
792                         mt = get_freepage_migratetype(page);
793                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
794                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
795
796                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
797                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
798                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
799                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
800         }
801         spin_unlock(&zone->lock);
802 }
803
804 static void free_one_page(struct zone *zone,
805                                 struct page *page, unsigned long pfn,
806                                 unsigned int order,
807                                 int migratetype)
808 {
809         unsigned long nr_scanned;
810         spin_lock(&zone->lock);
811         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
812         if (nr_scanned)
813                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
814
815         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
816                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
817                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
818         }
819         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
820         spin_unlock(&zone->lock);
821 }
822
823 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
824 {
825         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
826                 return 0;
827         if (unlikely(!PageTail(page))) {
828                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
829                 return 1;
830         }
831         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
832                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
833                 return 1;
834         }
835         return 0;
836 }
837
838 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
839                                 unsigned long zone, int nid)
840 {
841         struct zone *z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
842
843         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
844         mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
845         init_page_count(page);
846         page_mapcount_reset(page);
847         page_cpupid_reset_last(page);
848
849         /*
850          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
851          * movable at startup. This will force kernel allocations
852          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
853          * the address space during boot when many long-lived
854          * kernel allocations are made. Later some blocks near
855          * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
856          * setup_zone_migrate_reserve()
857          *
858          * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
859          * can be created for invalid pages (for alignment)
860          * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
861          * pfn out of zone.
862          */
863         if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
864             && (pfn < zone_end_pfn(z))
865             && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
866                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
867
868         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
869 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
870         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
871         if (!is_highmem_idx(zone))
872                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
873 #endif
874 }
875
876 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
877                                         int nid)
878 {
879         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
880 }
881
882 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
883 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
884 {
885         pg_data_t *pgdat;
886         int nid, zid;
887
888         if (!early_page_uninitialised(pfn))
889                 return;
890
891         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
892         pgdat = NODE_DATA(nid);
893
894         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
895                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
896
897                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
898                         break;
899         }
900         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
901 }
902 #else
903 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
904 {
905 }
906 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
907
908 /*
909  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
910  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
911  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
912  * sent to the buddy page allocator.
913  */
914 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
915 {
916         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
917         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
918
919         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
920                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
921                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
922
923                         init_reserved_page(start_pfn);
924                         SetPageReserved(page);
925                 }
926         }
927 }
928
929 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
930 {
931         bool compound = PageCompound(page);
932         int i, bad = 0;
933
934         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
935         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
936
937         trace_mm_page_free(page, order);
938         kmemcheck_free_shadow(page, order);
939         kasan_free_pages(page, order);
940
941         if (PageAnon(page))
942                 page->mapping = NULL;
943         bad += free_pages_check(page);
944         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
945                 if (compound)
946                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
947                 bad += free_pages_check(page + i);
948         }
949         if (bad)
950                 return false;
951
952         reset_page_owner(page, order);
953
954         if (!PageHighMem(page)) {
955                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
956                                            PAGE_SIZE << order);
957                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
958                                            PAGE_SIZE << order);
959         }
960         arch_free_page(page, order);
961         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
962
963         return true;
964 }
965
966 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
967 {
968         unsigned long flags;
969         int migratetype;
970         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
971
972         if (!free_pages_prepare(page, order))
973                 return;
974
975         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
976         local_irq_save(flags);
977         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
978         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
979         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
980         local_irq_restore(flags);
981 }
982
983 static void __defer_init __free_pages_boot_core(struct page *page,
984                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
985 {
986         unsigned int nr_pages = 1 << order;
987         struct page *p = page;
988         unsigned int loop;
989
990         prefetchw(p);
991         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
992                 prefetchw(p + 1);
993                 __ClearPageReserved(p);
994                 set_page_count(p, 0);
995         }
996         __ClearPageReserved(p);
997         set_page_count(p, 0);
998
999         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1000         set_page_refcounted(page);
1001         __free_pages(page, order);
1002 }
1003
1004 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1005         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1006 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1007 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1008
1009 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1010 {
1011         int nid;
1012
1013         /* The system will behave unpredictably otherwise */
1014         BUG_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);
1015
1016         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1017         if (nid >= 0)
1018                 return nid;
1019         /* just returns 0 */
1020         return 0;
1021 }
1022 #endif
1023
1024 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1025 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1026                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1027 {
1028         int nid;
1029
1030         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1031         if (nid >= 0 && nid != node)
1032                 return false;
1033         return true;
1034 }
1035
1036 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1037 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1038 {
1039         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1040 }
1041
1042 #else
1043
1044 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1045 {
1046         return true;
1047 }
1048 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1049                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1050 {
1051         return true;
1052 }
1053 #endif
1054
1055
1056 void __defer_init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1057                                                         unsigned int order)
1058 {
1059         if (early_page_uninitialised(pfn))
1060                 return;
1061         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1062 }
1063
1064 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1065 static void __defermem_init deferred_free_range(struct page *page,
1066                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1067 {
1068         int i;
1069
1070         if (!page)
1071                 return;
1072
1073         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1074         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1075             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1076                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1077                 return;
1078         }
1079
1080         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1081                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1082 }
1083
1084 /* Initialise remaining memory on a node */
1085 void __defermem_init deferred_init_memmap(int nid)
1086 {
1087         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1088         unsigned long start = jiffies;
1089         unsigned long nr_pages = 0;
1090         unsigned long walk_start, walk_end;
1091         int i, zid;
1092         struct zone *zone;
1093         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1094         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1095
1096         if (first_init_pfn == ULONG_MAX)
1097                 return;
1098
1099         /* Sanity check boundaries */
1100         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1101         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1102         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1103
1104         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1105         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1106                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1107                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1108                         break;
1109         }
1110
1111         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1112                 unsigned long pfn, end_pfn;
1113                 struct page *page = NULL;
1114                 struct page *free_base_page = NULL;
1115                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1116                 int nr_to_free = 0;
1117
1118                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1119                 pfn = first_init_pfn;
1120                 if (pfn < walk_start)
1121                         pfn = walk_start;
1122                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1123                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1124
1125                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1126                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1127                                 goto free_range;
1128
1129                         /*
1130                          * Ensure pfn_valid is checked every
1131                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1132                          */
1133                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1134                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1135                                         page = NULL;
1136                                         goto free_range;
1137                                 }
1138                         }
1139
1140                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1141                                 page = NULL;
1142                                 goto free_range;
1143                         }
1144
1145                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1146                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1147                                 page++;
1148                         } else {
1149                                 nr_pages += nr_to_free;
1150                                 deferred_free_range(free_base_page,
1151                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1152                                 free_base_page = NULL;
1153                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1154
1155                                 page = pfn_to_page(pfn);
1156                                 cond_resched();
1157                         }
1158
1159                         if (page->flags) {
1160                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1161                                 goto free_range;
1162                         }
1163
1164                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1165                         if (!free_base_page) {
1166                                 free_base_page = page;
1167                                 free_base_pfn = pfn;
1168                                 nr_to_free = 0;
1169                         }
1170                         nr_to_free++;
1171
1172                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1173                         continue;
1174 free_range:
1175                         /* Free the current block of pages to allocator */
1176                         nr_pages += nr_to_free;
1177                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1178                                                                 nr_to_free);
1179                         free_base_page = NULL;
1180                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1181                 }
1182
1183                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1184         }
1185
1186         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1187         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1188
1189         pr_info("kswapd %d initialised %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1190                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1191 }
1192 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1193
1194 #ifdef CONFIG_CMA
1195 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1196 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1197 {
1198         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1199         struct page *p = page;
1200
1201         do {
1202                 __ClearPageReserved(p);
1203                 set_page_count(p, 0);
1204         } while (++p, --i);
1205
1206         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1207
1208         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1209                 i = pageblock_nr_pages;
1210                 p = page;
1211                 do {
1212                         set_page_refcounted(p);
1213                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1214                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1215                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1216         } else {
1217                 set_page_refcounted(page);
1218                 __free_pages(page, pageblock_order);
1219         }
1220
1221         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1222 }
1223 #endif
1224
1225 /*
1226  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1227  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1228  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1229  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1230  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1231  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1232  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1233  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1234  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1235  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1236  *
1237  * -- nyc
1238  */
1239 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1240         int low, int high, struct free_area *area,
1241         int migratetype)
1242 {
1243         unsigned long size = 1 << high;
1244
1245         while (high > low) {
1246                 area--;
1247                 high--;
1248                 size >>= 1;
1249                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1250
1251                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1252                         debug_guardpage_enabled() &&
1253                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1254                         /*
1255                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1256                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1257                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1258                          * pages will stay not present in virtual address space
1259                          */
1260                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1261                         continue;
1262                 }
1263                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1264                 area->nr_free++;
1265                 set_page_order(&page[size], high);
1266         }
1267 }
1268
1269 /*
1270  * This page is about to be returned from the page allocator
1271  */
1272 static inline int check_new_page(struct page *page)
1273 {
1274         const char *bad_reason = NULL;
1275         unsigned long bad_flags = 0;
1276
1277         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1278                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1279         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1280                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1281         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1282                 bad_reason = "nonzero _count";
1283         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1284                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1285                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1286         }
1287 #ifdef CONFIG_MEMCG
1288         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1289                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1290 #endif
1291         if (unlikely(bad_reason)) {
1292                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1293                 return 1;
1294         }
1295         return 0;
1296 }
1297
1298 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1299                                                                 int alloc_flags)
1300 {
1301         int i;
1302
1303         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1304                 struct page *p = page + i;
1305                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1306                         return 1;
1307         }
1308
1309         set_page_private(page, 0);
1310         set_page_refcounted(page);
1311
1312         arch_alloc_page(page, order);
1313         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1314         kasan_alloc_pages(page, order);
1315
1316         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1317                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1318                         clear_highpage(page + i);
1319
1320         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1321                 prep_compound_page(page, order);
1322
1323         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1324
1325         /*
1326          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1327          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1328          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1329          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1330          */
1331         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1332
1333         return 0;
1334 }
1335
1336 /*
1337  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1338  * the smallest available page from the freelists
1339  */
1340 static inline
1341 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1342                                                 int migratetype)
1343 {
1344         unsigned int current_order;
1345         struct free_area *area;
1346         struct page *page;
1347
1348         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1349         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1350                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1351                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1352                         continue;
1353
1354                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1355                                                         struct page, lru);
1356                 list_del(&page->lru);
1357                 rmv_page_order(page);
1358                 area->nr_free--;
1359                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1360                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1361                 return page;
1362         }
1363
1364         return NULL;
1365 }
1366
1367
1368 /*
1369  * This array describes the order lists are fallen back to when
1370  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1371  */
1372 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1373         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1374         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1375         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1376 #ifdef CONFIG_CMA
1377         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1378 #endif
1379         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1380 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1381         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1382 #endif
1383 };
1384
1385 #ifdef CONFIG_CMA
1386 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1387                                         unsigned int order)
1388 {
1389         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1390 }
1391 #else
1392 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1393                                         unsigned int order) { return NULL; }
1394 #endif
1395
1396 /*
1397  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1398  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1399  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1400  */
1401 int move_freepages(struct zone *zone,
1402                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1403                           int migratetype)
1404 {
1405         struct page *page;
1406         unsigned long order;
1407         int pages_moved = 0;
1408
1409 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1410         /*
1411          * page_zone is not safe to call in this context when
1412          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1413          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1414          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1415          * grouping pages by mobility
1416          */
1417         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1418 #endif
1419
1420         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1421                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1422                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1423
1424                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1425                         page++;
1426                         continue;
1427                 }
1428
1429                 if (!PageBuddy(page)) {
1430                         page++;
1431                         continue;
1432                 }
1433
1434                 order = page_order(page);
1435                 list_move(&page->lru,
1436                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1437                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1438                 page += 1 << order;
1439                 pages_moved += 1 << order;
1440         }
1441
1442         return pages_moved;
1443 }
1444
1445 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1446                                 int migratetype)
1447 {
1448         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1449         struct page *start_page, *end_page;
1450
1451         start_pfn = page_to_pfn(page);
1452         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1453         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1454         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1455         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1456
1457         /* Do not cross zone boundaries */
1458         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1459                 start_page = page;
1460         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1461                 return 0;
1462
1463         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1464 }
1465
1466 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1467                                         int start_order, int migratetype)
1468 {
1469         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1470
1471         while (nr_pageblocks--) {
1472                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1473                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1474         }
1475 }
1476
1477 /*
1478  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1479  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1480  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1481  *
1482  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1483  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1484  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1485  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1486  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1487  * pageblocks.
1488  */
1489 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1490 {
1491         /*
1492          * Leaving this order check is intended, although there is
1493          * relaxed order check in next check. The reason is that
1494          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1495          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1496          * so could be changed anytime.
1497          */
1498         if (order >= pageblock_order)
1499                 return true;
1500
1501         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1502                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1503                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1504                 page_group_by_mobility_disabled)
1505                 return true;
1506
1507         return false;
1508 }
1509
1510 /*
1511  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1512  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1513  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1514  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1515  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1516  */
1517 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1518                                                           int start_type)
1519 {
1520         int current_order = page_order(page);
1521         int pages;
1522
1523         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1524         if (current_order >= pageblock_order) {
1525                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1526                 return;
1527         }
1528
1529         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1530
1531         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1532         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1533                         page_group_by_mobility_disabled)
1534                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1535 }
1536
1537 /*
1538  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1539  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1540  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1541  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1542  */
1543 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1544                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1545 {
1546         int i;
1547         int fallback_mt;
1548
1549         if (area->nr_free == 0)
1550                 return -1;
1551
1552         *can_steal = false;
1553         for (i = 0;; i++) {
1554                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1555                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1556                         break;
1557
1558                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1559                         continue;
1560
1561                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1562                         *can_steal = true;
1563
1564                 if (!only_stealable)
1565                         return fallback_mt;
1566
1567                 if (*can_steal)
1568                         return fallback_mt;
1569         }
1570
1571         return -1;
1572 }
1573
1574 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1575 static inline struct page *
1576 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1577 {
1578         struct free_area *area;
1579         unsigned int current_order;
1580         struct page *page;
1581         int fallback_mt;
1582         bool can_steal;
1583
1584         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1585         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1586                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1587                                 --current_order) {
1588                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1589                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1590                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1591                 if (fallback_mt == -1)
1592                         continue;
1593
1594                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1595                                                 struct page, lru);
1596                 if (can_steal)
1597                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1598
1599                 /* Remove the page from the freelists */
1600                 area->nr_free--;
1601                 list_del(&page->lru);
1602                 rmv_page_order(page);
1603
1604                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1605                                         start_migratetype);
1606                 /*
1607                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1608                  * migratetype depending on the decisions in
1609                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1610                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1611                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1612                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1613                  */
1614                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1615
1616                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1617                         start_migratetype, fallback_mt);
1618
1619                 return page;
1620         }
1621
1622         return NULL;
1623 }
1624
1625 /*
1626  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1627  * Call me with the zone->lock already held.
1628  */
1629 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1630                                                 int migratetype)
1631 {
1632         struct page *page;
1633
1634 retry_reserve:
1635         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1636
1637         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1638                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1639                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1640
1641                 if (!page)
1642                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1643
1644                 /*
1645                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1646                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1647                  * and we want just one call site
1648                  */
1649                 if (!page) {
1650                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1651                         goto retry_reserve;
1652                 }
1653         }
1654
1655         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1656         return page;
1657 }
1658
1659 /*
1660  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1661  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1662  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1663  */
1664 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1665                         unsigned long count, struct list_head *list,
1666                         int migratetype, bool cold)
1667 {
1668         int i;
1669
1670         spin_lock(&zone->lock);
1671         for (i = 0; i < count; ++i) {
1672                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1673                 if (unlikely(page == NULL))
1674                         break;
1675
1676                 /*
1677                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1678                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1679                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1680                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1681                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1682                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1683                  * properly.
1684                  */
1685                 if (likely(!cold))
1686                         list_add(&page->lru, list);
1687                 else
1688                         list_add_tail(&page->lru, list);
1689                 list = &page->lru;
1690                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1691                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1692                                               -(1 << order));
1693         }
1694         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1695         spin_unlock(&zone->lock);
1696         return i;
1697 }
1698
1699 #ifdef CONFIG_NUMA
1700 /*
1701  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1702  * currently executing processor on remote nodes after they have
1703  * expired.
1704  *
1705  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1706  * a single processor.
1707  */
1708 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1709 {
1710         unsigned long flags;
1711         int to_drain, batch;
1712
1713         local_irq_save(flags);
1714         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1715         to_drain = min(pcp->count, batch);
1716         if (to_drain > 0) {
1717                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1718                 pcp->count -= to_drain;
1719         }
1720         local_irq_restore(flags);
1721 }
1722 #endif
1723
1724 /*
1725  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1726  *
1727  * The processor must either be the current processor and the
1728  * thread pinned to the current processor or a processor that
1729  * is not online.
1730  */
1731 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1732 {
1733         unsigned long flags;
1734         struct per_cpu_pageset *pset;
1735         struct per_cpu_pages *pcp;
1736
1737         local_irq_save(flags);
1738         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1739
1740         pcp = &pset->pcp;
1741         if (pcp->count) {
1742                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1743                 pcp->count = 0;
1744         }
1745         local_irq_restore(flags);
1746 }
1747
1748 /*
1749  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1750  *
1751  * The processor must either be the current processor and the
1752  * thread pinned to the current processor or a processor that
1753  * is not online.
1754  */
1755 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1756 {
1757         struct zone *zone;
1758
1759         for_each_populated_zone(zone) {
1760                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1761         }
1762 }
1763
1764 /*
1765  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1766  *
1767  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1768  * the single zone's pages.
1769  */
1770 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1771 {
1772         int cpu = smp_processor_id();
1773
1774         if (zone)
1775                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1776         else
1777                 drain_pages(cpu);
1778 }
1779
1780 /*
1781  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1782  *
1783  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1784  *
1785  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1786  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1787  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1788  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1789  * before the call to on_each_cpu_mask().
1790  */
1791 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1792 {
1793         int cpu;
1794
1795         /*
1796          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1797          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1798          */
1799         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1800
1801         /*
1802          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1803          * as offline notification will cause the notified
1804          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1805          * disables preemption as part of its processing
1806          */
1807         for_each_online_cpu(cpu) {
1808                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1809                 struct zone *z;
1810                 bool has_pcps = false;
1811
1812                 if (zone) {
1813                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1814                         if (pcp->pcp.count)
1815                                 has_pcps = true;
1816                 } else {
1817                         for_each_populated_zone(z) {
1818                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1819                                 if (pcp->pcp.count) {
1820                                         has_pcps = true;
1821                                         break;
1822                                 }
1823                         }
1824                 }
1825
1826                 if (has_pcps)
1827                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1828                 else
1829                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1830         }
1831         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1832                                                                 zone, 1);
1833 }
1834
1835 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1836
1837 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1838 {
1839         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1840         unsigned long flags;
1841         unsigned int order, t;
1842         struct list_head *curr;
1843
1844         if (zone_is_empty(zone))
1845                 return;
1846
1847         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1848
1849         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1850         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1851                 if (pfn_valid(pfn)) {
1852                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1853
1854                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1855                                 swsusp_unset_page_free(page);
1856                 }
1857
1858         for_each_migratetype_order(order, t) {
1859                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1860                         unsigned long i;
1861
1862                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1863                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1864                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1865                 }
1866         }
1867         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1868 }
1869 #endif /* CONFIG_PM */
1870
1871 /*
1872  * Free a 0-order page
1873  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1874  */
1875 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1876 {
1877         struct zone *zone = page_zone(page);
1878         struct per_cpu_pages *pcp;
1879         unsigned long flags;
1880         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1881         int migratetype;
1882
1883         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1884                 return;
1885
1886         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1887         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1888         local_irq_save(flags);
1889         __count_vm_event(PGFREE);
1890
1891         /*
1892          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1893          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1894          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1895          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1896          * excessively into the page allocator
1897          */
1898         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1899                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1900                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1901                         goto out;
1902                 }
1903                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1904         }
1905
1906         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1907         if (!cold)
1908                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1909         else
1910                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1911         pcp->count++;
1912         if (pcp->count >= pcp->high) {
1913                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1914                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1915                 pcp->count -= batch;
1916         }
1917
1918 out:
1919         local_irq_restore(flags);
1920 }
1921
1922 /*
1923  * Free a list of 0-order pages
1924  */
1925 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1926 {
1927         struct page *page, *next;
1928
1929         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1930                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1931                 free_hot_cold_page(page, cold);
1932         }
1933 }
1934
1935 /*
1936  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1937  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1938  * Each sub-page must be freed individually.
1939  *
1940  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1941  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1942  */
1943 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1944 {
1945         int i;
1946
1947         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1948         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1949
1950 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1951         /*
1952          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1953          * otherwise free the whole shadow.
1954          */
1955         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1956                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1957 #endif
1958
1959         set_page_owner(page, 0, 0);
1960         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1961                 set_page_refcounted(page + i);
1962                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1963         }
1964 }
1965 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1966
1967 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1968 {
1969         unsigned long watermark;
1970         struct zone *zone;
1971         int mt;
1972
1973         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1974
1975         zone = page_zone(page);
1976         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1977
1978         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1979                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1980                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1981                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1982                         return 0;
1983
1984                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1985         }
1986
1987         /* Remove page from free list */
1988         list_del(&page->lru);
1989         zone->free_area[order].nr_free--;
1990         rmv_page_order(page);
1991
1992         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1993         if (order >= pageblock_order - 1) {
1994                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1995                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1996                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1997                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1998                                 set_pageblock_migratetype(page,
1999                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2000                 }
2001         }
2002
2003         set_page_owner(page, order, 0);
2004         return 1UL << order;
2005 }
2006
2007 /*
2008  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2009  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2010  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2011  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2012  * are enabled.
2013  *
2014  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2015  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2016  */
2017 int split_free_page(struct page *page)
2018 {
2019         unsigned int order;
2020         int nr_pages;
2021
2022         order = page_order(page);
2023
2024         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2025         if (!nr_pages)
2026                 return 0;
2027
2028         /* Split into individual pages */
2029         set_page_refcounted(page);
2030         split_page(page, order);
2031         return nr_pages;
2032 }
2033
2034 /*
2035  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2036  */
2037 static inline
2038 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2039                         struct zone *zone, unsigned int order,
2040                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2041 {
2042         unsigned long flags;
2043         struct page *page;
2044         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2045
2046         if (likely(order == 0)) {
2047                 struct per_cpu_pages *pcp;
2048                 struct list_head *list;
2049
2050                 local_irq_save(flags);
2051                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2052                 list = &pcp->lists[migratetype];
2053                 if (list_empty(list)) {
2054                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2055                                         pcp->batch, list,
2056                                         migratetype, cold);
2057                         if (unlikely(list_empty(list)))
2058                                 goto failed;
2059                 }
2060
2061                 if (cold)
2062                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2063                 else
2064                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2065
2066                 list_del(&page->lru);
2067                 pcp->count--;
2068         } else {
2069                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2070                         /*
2071                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2072                          *
2073                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2074                          * properly detect and handle allocation failures.
2075                          *
2076                          * We most definitely don't want callers attempting to
2077                          * allocate greater than order-1 page units with
2078                          * __GFP_NOFAIL.
2079                          */
2080                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2081                 }
2082                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2083                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2084                 spin_unlock(&zone->lock);
2085                 if (!page)
2086                         goto failed;
2087                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2088                                           get_freepage_migratetype(page));
2089         }
2090
2091         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2092         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2093             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2094                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2095
2096         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2097         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2098         local_irq_restore(flags);
2099
2100         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2101         return page;
2102
2103 failed:
2104         local_irq_restore(flags);
2105         return NULL;
2106 }
2107
2108 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2109
2110 static struct {
2111         struct fault_attr attr;
2112
2113         u32 ignore_gfp_highmem;
2114         u32 ignore_gfp_wait;
2115         u32 min_order;
2116 } fail_page_alloc = {
2117         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2118         .ignore_gfp_wait = 1,
2119         .ignore_gfp_highmem = 1,
2120         .min_order = 1,
2121 };
2122
2123 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2124 {
2125         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2126 }
2127 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2128
2129 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2130 {
2131         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2132                 return false;
2133         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2134                 return false;
2135         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2136                 return false;
2137         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
2138                 return false;
2139
2140         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2141 }
2142
2143 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2144
2145 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2146 {
2147         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2148         struct dentry *dir;
2149
2150         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2151                                         &fail_page_alloc.attr);
2152         if (IS_ERR(dir))
2153                 return PTR_ERR(dir);
2154
2155         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2156                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
2157                 goto fail;
2158         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2159                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2160                 goto fail;
2161         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2162                                 &fail_page_alloc.min_order))
2163                 goto fail;
2164
2165         return 0;
2166 fail:
2167         debugfs_remove_recursive(dir);
2168
2169         return -ENOMEM;
2170 }
2171
2172 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2173
2174 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2175
2176 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2177
2178 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2179 {
2180         return false;
2181 }
2182
2183 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2184
2185 /*
2186  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
2187  * of the allocation.
2188  */
2189 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2190                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2191                         long free_pages)
2192 {
2193         /* free_pages may go negative - that's OK */
2194         long min = mark;
2195         int o;
2196         long free_cma = 0;
2197
2198         free_pages -= (1 << order) - 1;
2199         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2200                 min -= min / 2;
2201         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
2202                 min -= min / 4;
2203 #ifdef CONFIG_CMA
2204         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2205         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2206                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2207 #endif
2208
2209         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2210                 return false;
2211         for (o = 0; o < order; o++) {
2212                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
2213                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
2214
2215                 /* Require fewer higher order pages to be free */
2216                 min >>= 1;
2217
2218                 if (free_pages <= min)
2219                         return false;
2220         }
2221         return true;
2222 }
2223
2224 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2225                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2226 {
2227         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2228                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2229 }
2230
2231 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2232                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
2233 {
2234         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2235
2236         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2237                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2238
2239         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2240                                                                 free_pages);
2241 }
2242
2243 #ifdef CONFIG_NUMA
2244 /*
2245  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
2246  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
2247  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
2248  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
2249  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
2250  *
2251  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
2252  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
2253  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
2254  *
2255  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
2256  * nothing and returns NULL.
2257  *
2258  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
2259  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
2260  *
2261  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
2262  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
2263  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
2264  * quickly as we can.
2265  */
2266 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2267 {
2268         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2269         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
2270
2271         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2272         if (!zlc)
2273                 return NULL;
2274
2275         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
2276                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2277                 zlc->last_full_zap = jiffies;
2278         }
2279
2280         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
2281                                         &cpuset_current_mems_allowed :
2282                                         &node_states[N_MEMORY];
2283         return allowednodes;
2284 }
2285
2286 /*
2287  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
2288  * if it is worth looking at further for free memory:
2289  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
2290  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
2291  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
2292  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
2293  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
2294  * else return false (zero) if it is not.
2295  *
2296  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
2297  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
2298  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
2299  * be considered full for up to one second by all requests, unless
2300  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
2301  * into the second scan of the zonelist.
2302  *
2303  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
2304  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
2305  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
2306  * unturned looking for a free page.
2307  */
2308 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2309                                                 nodemask_t *allowednodes)
2310 {
2311         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2312         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2313         int n;                          /* node that zone *z is on */
2314
2315         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2316         if (!zlc)
2317                 return 1;
2318
2319         i = z - zonelist->_zonerefs;
2320         n = zlc->z_to_n[i];
2321
2322         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
2323         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
2324 }
2325
2326 /*
2327  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
2328  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
2329  * from that zone don't waste time re-examining it.
2330  */
2331 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2332 {
2333         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2334         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2335
2336         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2337         if (!zlc)
2338                 return;
2339
2340         i = z - zonelist->_zonerefs;
2341
2342         set_bit(i, zlc->fullzones);
2343 }
2344
2345 /*
2346  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2347  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2348  */
2349 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2350 {
2351         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2352
2353         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2354         if (!zlc)
2355                 return;
2356
2357         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2358 }
2359
2360 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2361 {
2362         return local_zone->node == zone->node;
2363 }
2364
2365 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2366 {
2367         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2368                                 RECLAIM_DISTANCE;
2369 }
2370
2371 #else   /* CONFIG_NUMA */
2372
2373 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2374 {
2375         return NULL;
2376 }
2377
2378 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2379                                 nodemask_t *allowednodes)
2380 {
2381         return 1;
2382 }
2383
2384 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2385 {
2386 }
2387
2388 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2389 {
2390 }
2391
2392 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2393 {
2394         return true;
2395 }
2396
2397 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2398 {
2399         return true;
2400 }
2401
2402 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2403
2404 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2405 {
2406         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2407
2408         do {
2409                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2410                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2411                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2412                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2413         } while (zone++ != preferred_zone);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2418  * a page.
2419  */
2420 static struct page *
2421 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2422                                                 const struct alloc_context *ac)
2423 {
2424         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2425         struct zoneref *z;
2426         struct page *page = NULL;
2427         struct zone *zone;
2428         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2429         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2430         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2431         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2432                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2433         int nr_fair_skipped = 0;
2434         bool zonelist_rescan;
2435
2436 zonelist_scan:
2437         zonelist_rescan = false;
2438
2439         /*
2440          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2441          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2442          */
2443         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2444                                                                 ac->nodemask) {
2445                 unsigned long mark;
2446
2447                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2448                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2449                                 continue;
2450                 if (cpusets_enabled() &&
2451                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2452                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2453                                 continue;
2454                 /*
2455                  * Distribute pages in proportion to the individual
2456                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2457                  * page was allocated in should have no effect on the
2458                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2459                  */
2460                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2461                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2462                                 break;
2463                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2464                                 nr_fair_skipped++;
2465                                 continue;
2466                         }
2467                 }
2468                 /*
2469                  * When allocating a page cache page for writing, we
2470                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2471                  * limit, such that no single zone holds more than its
2472                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2473                  * The dirty limits take into account the zone's
2474                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2475                  * should be able to balance it without having to
2476                  * write pages from its LRU list.
2477                  *
2478                  * This may look like it could increase pressure on
2479                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2480                  * before they are full.  But the pages that do spill
2481                  * over are limited as the lower zones are protected
2482                  * by this very same mechanism.  It should not become
2483                  * a practical burden to them.
2484                  *
2485                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2486                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2487                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2488                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2489                  * zones are together not big enough to reach the
2490                  * global limit.  The proper fix for these situations
2491                  * will require awareness of zones in the
2492                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2493                  */
2494                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2495                         continue;
2496
2497                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2498                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2499                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2500                         int ret;
2501
2502                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2503                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2504                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2505                                 goto try_this_zone;
2506
2507                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2508                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2509                                 /*
2510                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2511                                  * and before considering the first zone allowed
2512                                  * by the cpuset.
2513                                  */
2514                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2515                                 zlc_active = 1;
2516                                 did_zlc_setup = 1;
2517                         }
2518
2519                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2520                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2521                                 goto this_zone_full;
2522
2523                         /*
2524                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2525                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2526                          */
2527                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2528                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2529                                 continue;
2530
2531                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2532                         switch (ret) {
2533                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2534                                 /* did not scan */
2535                                 continue;
2536                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2537                                 /* scanned but unreclaimable */
2538                                 continue;
2539                         default:
2540                                 /* did we reclaim enough */
2541                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2542                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2543                                         goto try_this_zone;
2544
2545                                 /*
2546                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2547                                  * Only mark the zone full if checking the min
2548                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2549                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2550                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2551                                  * when the watermark is between the low and
2552                                  * min watermarks.
2553                                  */
2554                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2555                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2556                                         goto this_zone_full;
2557
2558                                 continue;
2559                         }
2560                 }
2561
2562 try_this_zone:
2563                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2564                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2565                 if (page) {
2566                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2567                                 goto try_this_zone;
2568                         return page;
2569                 }
2570 this_zone_full:
2571                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2572                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2573         }
2574
2575         /*
2576          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2577          * local node.  However, the local node might have free pages left
2578          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2579          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2580          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2581          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2582          */
2583         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2584                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2585                 if (nr_fair_skipped) {
2586                         zonelist_rescan = true;
2587                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2588                 }
2589                 if (nr_online_nodes > 1)
2590                         zonelist_rescan = true;
2591         }
2592
2593         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2594                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2595                 zlc_active = 0;
2596                 zonelist_rescan = true;
2597         }
2598
2599         if (zonelist_rescan)
2600                 goto zonelist_scan;
2601
2602         return NULL;
2603 }
2604
2605 /*
2606  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2607  * meminfo in irq context.
2608  */
2609 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2610 {
2611         bool ret = false;
2612
2613 #if NODES_SHIFT > 8
2614         ret = in_interrupt();
2615 #endif
2616         return ret;
2617 }
2618
2619 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2620                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2621                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2622
2623 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2624 {
2625         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2626
2627         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2628             debug_guardpage_minorder() > 0)
2629                 return;
2630
2631         /*
2632          * This documents exceptions given to allocations in certain
2633          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2634          * of allowed nodes.
2635          */
2636         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2637                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2638                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2639                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2640         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2641                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2642
2643         if (fmt) {
2644                 struct va_format vaf;
2645                 va_list args;
2646
2647                 va_start(args, fmt);
2648
2649                 vaf.fmt = fmt;
2650                 vaf.va = &args;
2651
2652                 pr_warn("%pV", &vaf);
2653
2654                 va_end(args);
2655         }
2656
2657         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2658                 current->comm, order, gfp_mask);
2659
2660         dump_stack();
2661         if (!should_suppress_show_mem())
2662                 show_mem(filter);
2663 }
2664
2665 static inline struct page *
2666 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2667         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2668 {
2669         struct page *page;
2670
2671         *did_some_progress = 0;
2672
2673         /*
2674          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2675          * making progress for us.
2676          */
2677         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2678                 *did_some_progress = 1;
2679                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2680                 return NULL;
2681         }
2682
2683         /*
2684          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2685          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2686          * we're still under heavy pressure.
2687          */
2688         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2689                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2690         if (page)
2691                 goto out;
2692
2693         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2694                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2695                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2696                         goto out;
2697                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2698                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2699                         goto out;
2700                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2701                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2702                         goto out;
2703                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2704                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2705                         /*
2706                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2707                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2708                          * keep looping as per tradition.
2709                          */
2710                         *did_some_progress = 1;
2711                         goto out;
2712                 }
2713                 if (pm_suspended_storage())
2714                         goto out;
2715                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2716                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2717                         goto out;
2718         }
2719         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2720         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2721                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2722                 *did_some_progress = 1;
2723 out:
2724         mutex_unlock(&oom_lock);
2725         return page;
2726 }
2727
2728 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2729 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2730 static struct page *
2731 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2732                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2733                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2734                 bool *deferred_compaction)
2735 {
2736         unsigned long compact_result;
2737         struct page *page;
2738
2739         if (!order)
2740                 return NULL;
2741
2742         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2743         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2744                                                 mode, contended_compaction);
2745         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2746
2747         switch (compact_result) {
2748         case COMPACT_DEFERRED:
2749                 *deferred_compaction = true;
2750                 /* fall-through */
2751         case COMPACT_SKIPPED:
2752                 return NULL;
2753         default:
2754                 break;
2755         }
2756
2757         /*
2758          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2759          * count a compaction stall
2760          */
2761         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2762
2763         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2764                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2765
2766         if (page) {
2767                 struct zone *zone = page_zone(page);
2768
2769                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2770                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2771                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2772                 return page;
2773         }
2774
2775         /*
2776          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2777          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2778          */
2779         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2780
2781         cond_resched();
2782
2783         return NULL;
2784 }
2785 #else
2786 static inline struct page *
2787 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2788                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2789                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2790                 bool *deferred_compaction)
2791 {
2792         return NULL;
2793 }
2794 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2795
2796 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2797 static int
2798 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2799                                         const struct alloc_context *ac)
2800 {
2801         struct reclaim_state reclaim_state;
2802         int progress;
2803
2804         cond_resched();
2805
2806         /* We now go into synchronous reclaim */
2807         cpuset_memory_pressure_bump();
2808         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2809         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2810         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2811         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2812
2813         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2814                                                                 ac->nodemask);
2815
2816         current->reclaim_state = NULL;
2817         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2818         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2819
2820         cond_resched();
2821
2822         return progress;
2823 }
2824
2825 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2826 static inline struct page *
2827 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2828                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2829                 unsigned long *did_some_progress)
2830 {
2831         struct page *page = NULL;
2832         bool drained = false;
2833
2834         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2835         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2836                 return NULL;
2837
2838         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2839         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2840                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2841
2842 retry:
2843         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2844                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2845
2846         /*
2847          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2848          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2849          */
2850         if (!page && !drained) {
2851                 drain_all_pages(NULL);
2852                 drained = true;
2853                 goto retry;
2854         }
2855
2856         return page;
2857 }
2858
2859 /*
2860  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2861  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2862  */
2863 static inline struct page *
2864 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2865                                 const struct alloc_context *ac)
2866 {
2867         struct page *page;
2868
2869         do {
2870                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2871                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2872
2873                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2874                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2875                                                                         HZ/50);
2876         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2877
2878         return page;
2879 }
2880
2881 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2882 {
2883         struct zoneref *z;
2884         struct zone *zone;
2885
2886         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2887                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2888                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2889 }
2890
2891 static inline int
2892 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2893 {
2894         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2895         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2896
2897         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2898         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2899
2900         /*
2901          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2902          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2903          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2904          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2905          */
2906         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2907
2908         if (atomic) {
2909                 /*
2910                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2911                  * if it can't schedule.
2912                  */
2913                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2914                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2915                 /*
2916                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2917                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2918                  */
2919                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2920         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2921                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2922
2923         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2924                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2925                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2926                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2927                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2928                 else if (!in_interrupt() &&
2929                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2930                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2931                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2932         }
2933 #ifdef CONFIG_CMA
2934         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2935                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2936 #endif
2937         return alloc_flags;
2938 }
2939
2940 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2941 {
2942         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2943 }
2944
2945 static inline struct page *
2946 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2947                                                 struct alloc_context *ac)
2948 {
2949         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2950         struct page *page = NULL;
2951         int alloc_flags;
2952         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2953         unsigned long did_some_progress;
2954         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2955         bool deferred_compaction = false;
2956         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2957
2958         /*
2959          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2960          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2961          * be using allocators in order of preference for an area that is
2962          * too large.
2963          */
2964         if (order >= MAX_ORDER) {
2965                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2966                 return NULL;
2967         }
2968
2969         /*
2970          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2971          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2972          * speculative node-specific allocation.
2973          */
2974         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2975                 goto nopage;
2976
2977 retry:
2978         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2979                 wake_all_kswapds(order, ac);
2980
2981         /*
2982          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2983          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2984          * to how we want to proceed.
2985          */
2986         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2987
2988         /*
2989          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2990          * cpusets.
2991          */
2992         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2993                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2994                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
2995                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
2996                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2997         }
2998
2999         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3000         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3001                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3002         if (page)
3003                 goto got_pg;
3004
3005         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3006         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3007                 /*
3008                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3009                  * the allocation is high priority and these type of
3010                  * allocations are system rather than user orientated
3011                  */
3012                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3013
3014                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3015
3016                 if (page) {
3017                         goto got_pg;
3018                 }
3019         }
3020
3021         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
3022         if (!wait) {
3023                 /*
3024                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3025                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3026                  * type of allocation to fail.
3027                  */
3028                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3029                 goto nopage;
3030         }
3031
3032         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3033         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3034                 goto nopage;
3035
3036         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3037         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3038                 goto nopage;
3039
3040         /*
3041          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3042          * attempts after direct reclaim are synchronous
3043          */
3044         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3045                                         migration_mode,
3046                                         &contended_compaction,
3047                                         &deferred_compaction);
3048         if (page)
3049                 goto got_pg;
3050
3051         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3052         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
3053                 /*
3054                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3055                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3056                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3057                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3058                  * instead of entering direct reclaim.
3059                  */
3060                 if (deferred_compaction)
3061                         goto nopage;
3062
3063                 /*
3064                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3065                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3066                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3067                  * so we fallback to base pages instead.
3068                  */
3069                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3070                         goto nopage;
3071
3072                 /*
3073                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3074                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3075                  * khugepaged trying to collapse.
3076                  */
3077                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3078                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3079                         goto nopage;
3080         }
3081
3082         /*
3083          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3084          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3085          * khugepaged trying to collapse.
3086          */
3087         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
3088                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
3089                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3090
3091         /* Try direct reclaim and then allocating */
3092         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3093                                                         &did_some_progress);
3094         if (page)
3095                 goto got_pg;
3096
3097         /* Do not loop if specifically requested */
3098         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3099                 goto noretry;
3100
3101         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3102         pages_reclaimed += did_some_progress;
3103         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3104             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3105                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3106                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3107                 goto retry;
3108         }
3109
3110         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3111         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3112         if (page)
3113                 goto got_pg;
3114
3115         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3116         if (did_some_progress)
3117                 goto retry;
3118
3119 noretry:
3120         /*
3121          * High-order allocations do not necessarily loop after
3122          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3123          * being called after reclaim so call directly if necessary
3124          */
3125         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3126                                             ac, migration_mode,
3127                                             &contended_compaction,
3128                                             &deferred_compaction);
3129         if (page)
3130                 goto got_pg;
3131 nopage:
3132         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3133 got_pg:
3134         return page;
3135 }
3136
3137 /*
3138  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3139  */
3140 struct page *
3141 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3142                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3143 {
3144         struct zoneref *preferred_zoneref;
3145         struct page *page = NULL;
3146         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3147         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3148         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3149         struct alloc_context ac = {
3150                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3151                 .nodemask = nodemask,
3152                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3153         };
3154
3155         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3156
3157         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3158
3159         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
3160
3161         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3162                 return NULL;
3163
3164         /*
3165          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3166          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3167          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3168          */
3169         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3170                 return NULL;
3171
3172         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3173                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3174
3175 retry_cpuset:
3176         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3177
3178         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3179         ac.zonelist = zonelist;
3180         /* The preferred zone is used for statistics later */
3181         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3182                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3183                                 &ac.preferred_zone);
3184         if (!ac.preferred_zone)
3185                 goto out;
3186         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3187
3188         /* First allocation attempt */
3189         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3190         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3191         if (unlikely(!page)) {
3192                 /*
3193                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3194                  * can deadlock because I/O on the device might not
3195                  * complete.
3196                  */
3197                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3198
3199                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3200         }
3201
3202         if (kmemcheck_enabled && page)
3203                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3204
3205         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3206
3207 out:
3208         /*
3209          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3210          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3211          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3212          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3213          */
3214         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3215                 goto retry_cpuset;
3216
3217         return page;
3218 }
3219 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3220
3221 /*
3222  * Common helper functions.
3223  */
3224 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3225 {
3226         struct page *page;
3227
3228         /*
3229          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3230          * a highmem page
3231          */
3232         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3233
3234         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3235         if (!page)
3236                 return 0;
3237         return (unsigned long) page_address(page);
3238 }
3239 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3240
3241 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3242 {
3243         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3244 }
3245 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3246
3247 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3248 {
3249         if (put_page_testzero(page)) {
3250                 if (order == 0)
3251                         free_hot_cold_page(page, false);
3252                 else
3253                         __free_pages_ok(page, order);
3254         }
3255 }
3256
3257 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3258
3259 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3260 {
3261         if (addr != 0) {
3262                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3263                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3264         }
3265 }
3266
3267 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3268
3269 /*
3270  * Page Fragment:
3271  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3272  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3273  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3274  *
3275  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3276  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3277  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3278  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3279  */
3280 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3281                                        gfp_t gfp_mask)
3282 {
3283         struct page *page = NULL;
3284         gfp_t gfp = gfp_mask;
3285
3286 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3287         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3288                     __GFP_NOMEMALLOC;
3289         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3290                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3291         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3292 #endif
3293         if (unlikely(!page))
3294                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3295
3296         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3297
3298         return page;
3299 }
3300
3301 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3302                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3303 {
3304         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3305         struct page *page;
3306         int offset;
3307
3308         if (unlikely(!nc->va)) {
3309 refill:
3310                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3311                 if (!page)
3312                         return NULL;
3313
3314 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3315                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3316                 size = nc->size;
3317 #endif
3318                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3319                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3320                  */
3321                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3322
3323                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3324                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3325                 nc->pagecnt_bias = size;
3326                 nc->offset = size;
3327         }
3328
3329         offset = nc->offset - fragsz;
3330         if (unlikely(offset < 0)) {
3331                 page = virt_to_page(nc->va);
3332
3333                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3334                         goto refill;
3335
3336 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3337                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3338                 size = nc->size;
3339 #endif
3340                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3341                 atomic_set(&page->_count, size);
3342
3343                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3344                 nc->pagecnt_bias = size;
3345                 offset = size - fragsz;
3346         }
3347
3348         nc->pagecnt_bias--;
3349         nc->offset = offset;
3350
3351         return nc->va + offset;
3352 }
3353 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3354
3355 /*
3356  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3357  */
3358 void __free_page_frag(void *addr)
3359 {
3360         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3361
3362         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3363                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3364 }
3365 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3366
3367 /*
3368  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3369  * of the current memory cgroup.
3370  *
3371  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3372  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3373  */
3374 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3375 {
3376         struct page *page;
3377         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3378
3379         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3380                 return NULL;
3381         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3382         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3383         return page;
3384 }
3385
3386 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3387 {
3388         struct page *page;
3389         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3390
3391         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3392                 return NULL;
3393         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3394         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3395         return page;
3396 }
3397
3398 /*
3399  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3400  * alloc_kmem_pages.
3401  */
3402 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3403 {
3404         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3405         __free_pages(page, order);
3406 }
3407
3408 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3409 {
3410         if (addr != 0) {
3411                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3412                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3413         }
3414 }
3415
3416 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3417 {
3418         if (addr) {
3419                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3420                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3421
3422                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3423                 while (used < alloc_end) {
3424                         free_page(used);
3425                         used += PAGE_SIZE;
3426                 }
3427         }
3428         return (void *)addr;
3429 }
3430
3431 /**
3432  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3433  * @size: the number of bytes to allocate
3434  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3435  *
3436  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3437  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3438  * allocate memory in power-of-two pages.
3439  *
3440  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3441  *
3442  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3443  */
3444 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3445 {
3446         unsigned int order = get_order(size);
3447         unsigned long addr;
3448
3449         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3450         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3451 }
3452 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3453
3454 /**
3455  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3456  *                         pages on a node.
3457  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3458  * @size: the number of bytes to allocate
3459  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3460  *
3461  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3462  * back.
3463  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3464  * but is not exact.
3465  */
3466 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3467 {
3468         unsigned order = get_order(size);
3469         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3470         if (!p)
3471                 return NULL;
3472         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3473 }
3474
3475 /**
3476  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3477  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3478  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3479  *
3480  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3481  */
3482 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3483 {
3484         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3485         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3486
3487         while (addr < end) {
3488                 free_page(addr);
3489                 addr += PAGE_SIZE;
3490         }
3491 }
3492 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3493
3494 /**
3495  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3496  * @offset: The zone index of the highest zone
3497  *
3498  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3499  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3500  * zone, the number of pages is calculated as:
3501  *     managed_pages - high_pages
3502  */
3503 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3504 {
3505         struct zoneref *z;
3506         struct zone *zone;
3507
3508         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3509         unsigned long sum = 0;
3510
3511         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3512
3513         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3514                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3515                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3516                 if (size > high)
3517                         sum += size - high;
3518         }
3519
3520         return sum;
3521 }
3522
3523 /**
3524  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3525  *
3526  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3527  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3528  */
3529 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3530 {
3531         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3532 }
3533 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3534
3535 /**
3536  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3537  *
3538  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3539  * high watermark within all zones.
3540  */
3541 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3542 {
3543         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3544 }
3545
3546 static inline void show_node(struct zone *zone)
3547 {
3548         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3549                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3550 }
3551
3552 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3553 {
3554         val->totalram = totalram_pages;
3555         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3556         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3557         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3558         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3559         val->freehigh = nr_free_highpages();
3560         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3561 }
3562
3563 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3564
3565 #ifdef CONFIG_NUMA
3566 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3567 {
3568         int zone_type;          /* needs to be signed */
3569         unsigned long managed_pages = 0;
3570         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3571
3572         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3573                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3574         val->totalram = managed_pages;
3575         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3576         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3577 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3578         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3579         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3580                         NR_FREE_PAGES);
3581 #else
3582         val->totalhigh = 0;
3583         val->freehigh = 0;
3584 #endif
3585         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3586 }
3587 #endif
3588
3589 /*
3590  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3591  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3592  */
3593 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3594 {
3595         bool ret = false;
3596         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3597
3598         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3599                 goto out;
3600
3601         do {
3602                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3603                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3604         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3605 out:
3606         return ret;
3607 }
3608
3609 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3610
3611 static void show_migration_types(unsigned char type)
3612 {
3613         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3614                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3615                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3616                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3617                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3618 #ifdef CONFIG_CMA
3619                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3620 #endif
3621 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3622                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3623 #endif
3624         };
3625         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3626         char *p = tmp;
3627         int i;
3628
3629         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3630                 if (type & (1 << i))
3631                         *p++ = types[i];
3632         }
3633
3634         *p = '\0';
3635         printk("(%s) ", tmp);
3636 }
3637
3638 /*
3639  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3640  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3641  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3642  *
3643  * Bits in @filter:
3644  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3645  *   cpuset.
3646  */
3647 void show_free_areas(unsigned int filter)
3648 {
3649         unsigned long free_pcp = 0;
3650         int cpu;
3651         struct zone *zone;
3652
3653         for_each_populated_zone(zone) {
3654                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3655                         continue;
3656
3657                 for_each_online_cpu(cpu)
3658                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3659         }
3660
3661         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3662                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3663                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3664                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3665                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3666                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3667                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3668                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3669                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3670                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3671                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3672                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3673                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3674                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3675                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3676                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3677                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3678                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3679                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3680                 global_page_state(NR_SHMEM),
3681                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3682                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3683                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3684                 free_pcp,
3685                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3686
3687         for_each_populated_zone(zone) {
3688                 int i;
3689
3690                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3691                         continue;
3692
3693                 free_pcp = 0;
3694                 for_each_online_cpu(cpu)
3695                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3696
3697                 show_node(zone);
3698                 printk("%s"
3699                         " free:%lukB"
3700                         " min:%lukB"
3701                         " low:%lukB"
3702                         " high:%lukB"
3703                         " active_anon:%lukB"
3704                         " inactive_anon:%lukB"
3705                         " active_file:%lukB"
3706                         " inactive_file:%lukB"
3707                         " unevictable:%lukB"
3708                         " isolated(anon):%lukB"
3709                         " isolated(file):%lukB"
3710                         " present:%lukB"
3711                         " managed:%lukB"
3712                         " mlocked:%lukB"
3713                         " dirty:%lukB"
3714                         " writeback:%lukB"
3715                         " mapped:%lukB"
3716                         " shmem:%lukB"
3717                         " slab_reclaimable:%lukB"
3718                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3719                         " kernel_stack:%lukB"
3720                         " pagetables:%lukB"
3721                         " unstable:%lukB"
3722                         " bounce:%lukB"
3723                         " free_pcp:%lukB"
3724                         " local_pcp:%ukB"
3725                         " free_cma:%lukB"
3726                         " writeback_tmp:%lukB"
3727                         " pages_scanned:%lu"
3728                         " all_unreclaimable? %s"
3729                         "\n",
3730                         zone->name,
3731                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3732                         K(min_wmark_pages(zone)),
3733                         K(low_wmark_pages(zone)),
3734                         K(high_wmark_pages(zone)),
3735                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3736                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3737                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3738                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3739                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3740                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3741                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3742                         K(zone->present_pages),
3743                         K(zone->managed_pages),
3744                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3745                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3746                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3747                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3748                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3749                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3750                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3751                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3752                                 THREAD_SIZE / 1024,
3753                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3754                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3755                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3756                         K(free_pcp),
3757                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3758                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3759                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3760                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3761                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3762                         );
3763                 printk("lowmem_reserve[]:");
3764                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3765                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3766                 printk("\n");
3767         }
3768
3769         for_each_populated_zone(zone) {
3770                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3771                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3772
3773                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3774                         continue;
3775                 show_node(zone);
3776                 printk("%s: ", zone->name);
3777
3778                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3779                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3780                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3781                         int type;
3782
3783                         nr[order] = area->nr_free;
3784                         total += nr[order] << order;
3785
3786                         types[order] = 0;
3787                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3788                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3789                                         types[order] |= 1 << type;
3790                         }
3791                 }
3792                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3793                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3794                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3795                         if (nr[order])
3796                                 show_migration_types(types[order]);
3797                 }
3798                 printk("= %lukB\n", K(total));
3799         }
3800
3801         hugetlb_show_meminfo();
3802
3803         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3804
3805         show_swap_cache_info();
3806 }
3807
3808 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3809 {
3810         zoneref->zone = zone;
3811         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3812 }
3813
3814 /*
3815  * Builds allocation fallback zone lists.
3816  *
3817  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3818  */
3819 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3820                                 int nr_zones)
3821 {
3822         struct zone *zone;
3823         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3824
3825         do {
3826                 zone_type--;
3827                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3828                 if (populated_zone(zone)) {
3829                         zoneref_set_zone(zone,
3830                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3831                         check_highest_zone(zone_type);
3832                 }
3833         } while (zone_type);
3834
3835         return nr_zones;
3836 }
3837
3838
3839 /*
3840  *  zonelist_order:
3841  *  0 = automatic detection of better ordering.
3842  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3843  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3844  *
3845  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3846  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3847  */
3848 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3849 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3850 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3851
3852 /* zonelist order in the kernel.
3853  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3854  */
3855 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3856 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3857
3858
3859 #ifdef CONFIG_NUMA
3860 /* The value user specified ....changed by config */
3861 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3862 /* string for sysctl */
3863 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3864 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3865
3866 /*
3867  * interface for configure zonelist ordering.
3868  * command line option "numa_zonelist_order"
3869  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3870  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3871  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3872  */
3873
3874 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3875 {
3876         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3877                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3878         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3879                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3880         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3881                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3882         } else {
3883                 printk(KERN_WARNING
3884                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3885                         "%s\n", s);
3886                 return -EINVAL;
3887         }
3888         return 0;
3889 }
3890
3891 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3892 {
3893         int ret;
3894
3895         if (!s)
3896                 return 0;
3897
3898         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3899         if (ret == 0)
3900                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3901
3902         return ret;
3903 }
3904 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3905
3906 /*
3907  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3908  */
3909 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3910                 void __user *buffer, size_t *length,
3911                 loff_t *ppos)
3912 {
3913         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3914         int ret;
3915         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3916
3917         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3918         if (write) {
3919                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3920                         ret = -EINVAL;
3921                         goto out;
3922                 }
3923                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3924         }
3925         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3926         if (ret)
3927                 goto out;
3928         if (write) {
3929                 int oldval = user_zonelist_order;
3930
3931                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3932                 if (ret) {
3933                         /*
3934                          * bogus value.  restore saved string
3935                          */
3936                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3937                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3938                         user_zonelist_order = oldval;
3939                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3940                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3941                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3942                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3943                 }
3944         }
3945 out:
3946         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3947         return ret;
3948 }
3949
3950
3951 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3952 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3953
3954 /**
3955  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3956  * @node: node whose fallback list we're appending
3957  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3958  *
3959  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3960  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3961  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3962  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3963  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3964  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3965  * on them otherwise.
3966  * It returns -1 if no node is found.
3967  */
3968 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3969 {
3970         int n, val;
3971         int min_val = INT_MAX;
3972         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3973         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3974
3975         /* Use the local node if we haven't already */
3976         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3977                 node_set(node, *used_node_mask);
3978                 return node;
3979         }
3980
3981         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3982
3983                 /* Don't want a node to appear more than once */
3984                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3985                         continue;
3986
3987                 /* Use the distance array to find the distance */
3988                 val = node_distance(node, n);
3989
3990                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3991                 val += (n < node);
3992
3993                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3994                 tmp = cpumask_of_node(n);
3995                 if (!cpumask_empty(tmp))
3996                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3997
3998                 /* Slight preference for less loaded node */
3999                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4000                 val += node_load[n];
4001
4002                 if (val < min_val) {
4003                         min_val = val;
4004                         best_node = n;
4005                 }
4006         }
4007
4008         if (best_node >= 0)
4009                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4010
4011         return best_node;
4012 }
4013
4014
4015 /*
4016  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4017  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4018  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4019  */
4020 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4021 {
4022         int j;
4023         struct zonelist *zonelist;
4024
4025         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4026         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4027                 ;
4028         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4029         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4030         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4031 }
4032
4033 /*
4034  * Build gfp_thisnode zonelists
4035  */
4036 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4037 {
4038         int j;
4039         struct zonelist *zonelist;
4040
4041         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4042         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4043         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4044         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4045 }
4046
4047 /*
4048  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4049  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4050  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4051  * may still exist in local DMA zone.
4052  */
4053 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4054
4055 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4056 {
4057         int pos, j, node;
4058         int zone_type;          /* needs to be signed */
4059         struct zone *z;
4060         struct zonelist *zonelist;
4061
4062         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4063         pos = 0;
4064         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4065                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4066                         node = node_order[j];
4067                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4068                         if (populated_zone(z)) {
4069                                 zoneref_set_zone(z,
4070                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4071                                 check_highest_zone(zone_type);
4072                         }
4073                 }
4074         }
4075         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4076         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4077 }
4078
4079 #if defined(CONFIG_64BIT)
4080 /*
4081  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4082  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4083  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4084  */
4085 static int default_zonelist_order(void)
4086 {
4087         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4088 }
4089 #else
4090 /*
4091  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4092  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4093  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4094  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4095  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4096  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4097  */
4098 static int default_zonelist_order(void)
4099 {
4100         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4101 }
4102 #endif /* CONFIG_64BIT */
4103
4104 static void set_zonelist_order(void)
4105 {
4106         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4107                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4108         else
4109                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4110 }
4111
4112 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4113 {
4114         int j, node, load;
4115         enum zone_type i;
4116         nodemask_t used_mask;
4117         int local_node, prev_node;
4118         struct zonelist *zonelist;
4119         int order = current_zonelist_order;
4120
4121         /* initialize zonelists */
4122         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4123                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4124                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4125                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4126         }
4127
4128         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4129         local_node = pgdat->node_id;
4130         load = nr_online_nodes;
4131         prev_node = local_node;
4132         nodes_clear(used_mask);
4133
4134         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4135         j = 0;
4136
4137         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4138                 /*
4139                  * We don't want to pressure a particular node.
4140                  * So adding penalty to the first node in same
4141                  * distance group to make it round-robin.
4142                  */
4143                 if (node_distance(local_node, node) !=
4144                     node_distance(local_node, prev_node))
4145                         node_load[node] = load;
4146
4147                 prev_node = node;
4148                 load--;
4149                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4150                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4151                 else
4152                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4153         }
4154
4155         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4156                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4157                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4158         }
4159
4160         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4161 }
4162
4163 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
4164 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4165 {
4166         struct zonelist *zonelist;
4167         struct zonelist_cache *zlc;
4168         struct zoneref *z;
4169
4170         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4171         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
4172         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
4173         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
4174                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
4175 }
4176
4177 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4178 /*
4179  * Return node id of node used for "local" allocations.
4180  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4181  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4182  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4183  */
4184 int local_memory_node(int node)
4185 {
4186         struct zone *zone;
4187
4188         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4189                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4190                                    NULL,
4191                                    &zone);
4192         return zone->node;
4193 }
4194 #endif
4195
4196 #else   /* CONFIG_NUMA */
4197
4198 static void set_zonelist_order(void)
4199 {
4200         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4201 }
4202
4203 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4204 {
4205         int node, local_node;
4206         enum zone_type j;
4207         struct zonelist *zonelist;
4208
4209         local_node = pgdat->node_id;
4210
4211         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4212         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4213
4214         /*
4215          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4216          * of all the other nodes.
4217          * We don't want to pressure a particular node, so when
4218          * building the zones for node N, we make sure that the
4219          * zones coming right after the local ones are those from
4220          * node N+1 (modulo N)
4221          */
4222         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4223                 if (!node_online(node))
4224                         continue;
4225                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4226         }
4227         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4228                 if (!node_online(node))
4229                         continue;
4230                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4231         }
4232
4233         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4234         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4235 }
4236
4237 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
4238 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4239 {
4240         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
4241 }
4242
4243 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4244
4245 /*
4246  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4247  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4248  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4249  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4250  * with interrupts disabled.
4251  *
4252  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4253  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4254  * hotplugged processors.
4255  *
4256  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4257  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4258  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4259  */
4260 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4261 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4262 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4263
4264 /*
4265  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4266  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4267  */
4268 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4269
4270 /* return values int ....just for stop_machine() */
4271 static int __build_all_zonelists(void *data)
4272 {
4273         int nid;
4274         int cpu;
4275         pg_data_t *self = data;
4276
4277 #ifdef CONFIG_NUMA
4278         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4279 #endif
4280
4281         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4282                 build_zonelists(self);
4283                 build_zonelist_cache(self);
4284         }
4285
4286         for_each_online_node(nid) {
4287                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4288
4289                 build_zonelists(pgdat);
4290                 build_zonelist_cache(pgdat);
4291         }
4292
4293         /*
4294          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4295          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4296          * each zone will be allocated later when the per cpu
4297          * allocator is available.
4298          *
4299          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4300          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4301          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4302          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4303          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4304          * (a chicken-egg dilemma).
4305          */
4306         for_each_possible_cpu(cpu) {
4307                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4308
4309 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4310                 /*
4311                  * We now know the "local memory node" for each node--
4312                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4313                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4314                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4315                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4316                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4317                  */
4318                 if (cpu_online(cpu))
4319                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4320 #endif
4321         }
4322
4323         return 0;
4324 }
4325
4326 static noinline void __init
4327 build_all_zonelists_init(void)
4328 {
4329         __build_all_zonelists(NULL);
4330         mminit_verify_zonelist();
4331         cpuset_init_current_mems_allowed();
4332 }
4333
4334 /*
4335  * Called with zonelists_mutex held always
4336  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4337  *
4338  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4339  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4340  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4341  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4342  */
4343 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4344 {
4345         set_zonelist_order();
4346
4347         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4348                 build_all_zonelists_init();
4349         } else {
4350 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4351                 if (zone)
4352                         setup_zone_pageset(zone);
4353 #endif
4354                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4355                    of zonelist */
4356                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4357                 /* cpuset refresh routine should be here */
4358         }
4359         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4360         /*
4361          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4362          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4363          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4364          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4365          * disabled and enable it later
4366          */
4367         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4368                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4369         else
4370                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4371
4372         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4373                 "Total pages: %ld\n",
4374                         nr_online_nodes,
4375                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4376                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4377                         vm_total_pages);
4378 #ifdef CONFIG_NUMA
4379         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4380 #endif
4381 }
4382
4383 /*
4384  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4385  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4386  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4387  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4388  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4389  * conservative, even though it seems large.
4390  *
4391  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4392  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4393  */
4394 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4395
4396 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4397 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4398 {
4399         unsigned long size = 1;
4400
4401         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4402
4403         while (size < pages)
4404                 size <<= 1;
4405
4406         /*
4407          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4408          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4409          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4410          */
4411         size = min(size, 4096UL);
4412
4413         return max(size, 4UL);
4414 }
4415 #else
4416 /*
4417  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4418  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4419  *
4420  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4421  *
4422  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4423  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4424  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4425  *
4426  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4427  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4428  *
4429  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4430  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4431  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4432  */
4433 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4434 {
4435         return 4096UL;
4436 }
4437 #endif
4438
4439 /*
4440  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4441  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4442  * hash function before the remainder is taken.
4443  */
4444 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4445 {
4446         return ffz(~size);
4447 }
4448
4449 /*
4450  * Check if a pageblock contains reserved pages
4451  */
4452 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4453 {
4454         unsigned long pfn;
4455
4456         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4457                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4458                         return 1;
4459         }
4460         return 0;
4461 }
4462
4463 /*
4464  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4465  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4466  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4467  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4468  * blocks as reclaim kicks in
4469  */
4470 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4471 {
4472         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4473         struct page *page;
4474         unsigned long block_migratetype;
4475         int reserve;
4476         int old_reserve;
4477
4478         /*
4479          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4480          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4481          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4482          * the block.
4483          */
4484         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4485         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4486         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4487         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4488                                                         pageblock_order;
4489
4490         /*
4491          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4492          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4493          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4494          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4495          * future allocation of hugepages at runtime.
4496          */
4497         reserve = min(2, reserve);
4498         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4499
4500         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4501         if (reserve == old_reserve)
4502                 return;
4503         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4504
4505         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4506                 if (!early_page_nid_uninitialised(pfn, zone_to_nid(zone)))
4507                         return;
4508
4509                 if (!pfn_valid(pfn))
4510                         continue;
4511                 page = pfn_to_page(pfn);
4512
4513                 /* Watch out for overlapping nodes */
4514                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4515                         continue;
4516
4517                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4518
4519                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4520                 if (reserve > 0) {
4521                         /*
4522                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4523                          * them.
4524                          */
4525                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4526                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4527                                 continue;
4528
4529                         /* If this block is reserved, account for it */
4530                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4531                                 reserve--;
4532                                 continue;
4533                         }
4534
4535                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4536                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4537                                 set_pageblock_migratetype(page,
4538                                                         MIGRATE_RESERVE);
4539                                 move_freepages_block(zone, page,
4540                                                         MIGRATE_RESERVE);
4541                                 reserve--;
4542                                 continue;
4543                         }
4544                 } else if (!old_reserve) {
4545                         /*
4546                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4547                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4548                          */
4549                         break;
4550                 }
4551
4552                 /*
4553                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4554                  * take it back
4555                  */
4556                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4557                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4558                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4559                 }
4560         }
4561 }
4562
4563 /*
4564  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4565  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4566  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4567  */
4568 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4569                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4570 {
4571         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4572         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4573         unsigned long pfn;
4574         struct zone *z;
4575         unsigned long nr_initialised = 0;
4576
4577         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4578                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4579
4580         z = &pgdat->node_zones[zone];
4581         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4582                 /*
4583                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4584                  * handed to this function.  They do not
4585                  * exist on hotplugged memory.
4586                  */
4587                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4588                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4589                                 continue;
4590                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4591                                 continue;
4592                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4593                                                 &nr_initialised))
4594                                 break;
4595                 }
4596                 __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4597         }
4598 }
4599
4600 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4601 {
4602         unsigned int order, t;
4603         for_each_migratetype_order(order, t) {
4604                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4605                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4606         }
4607 }
4608
4609 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4610 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4611         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4612 #endif
4613
4614 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4615 {
4616 #ifdef CONFIG_MMU
4617         int batch;
4618
4619         /*
4620          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4621          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4622          *
4623          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4624          */
4625         batch = zone->managed_pages / 1024;
4626         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4627                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4628         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4629         if (batch < 1)
4630                 batch = 1;
4631
4632         /*
4633          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4634          * of 2 value was found to be more likely to have
4635          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4636          *
4637          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4638          * batches of pages, one task can end up with a lot
4639          * of pages of one half of the possible page colors
4640          * and the other with pages of the other colors.
4641          */
4642         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4643
4644         return batch;
4645
4646 #else
4647         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4648          * conditions.
4649          *
4650          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4651          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4652          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4653          *
4654          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4655          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4656          * can be a significant delay between the individual batches being
4657          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4658          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4659          */
4660         return 0;
4661 #endif
4662 }
4663
4664 /*
4665  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4666  * ->batch must never be higher then ->high.
4667  * The following function updates them in a safe manner without read side
4668  * locking.
4669  *
4670  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4671  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4672  *
4673  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4674  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4675  * exist).
4676  */
4677 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4678                 unsigned long batch)
4679 {
4680        /* start with a fail safe value for batch */
4681         pcp->batch = 1;
4682         smp_wmb();
4683
4684        /* Update high, then batch, in order */
4685         pcp->high = high;
4686         smp_wmb();
4687
4688         pcp->batch = batch;
4689 }
4690
4691 /* a companion to pageset_set_high() */
4692 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4693 {
4694         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4695 }
4696
4697 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4698 {
4699         struct per_cpu_pages *pcp;
4700         int migratetype;
4701
4702         memset(p, 0, sizeof(*p));
4703
4704         pcp = &p->pcp;
4705         pcp->count = 0;
4706         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4707                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4708 }
4709
4710 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4711 {
4712         pageset_init(p);
4713         pageset_set_batch(p, batch);
4714 }
4715
4716 /*
4717  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4718  * to the value high for the pageset p.
4719  */
4720 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4721                                 unsigned long high)
4722 {
4723         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4724         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4725                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4726
4727         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4728 }
4729
4730 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4731                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4732 {
4733         if (percpu_pagelist_fraction)
4734                 pageset_set_high(pcp,
4735                         (zone->managed_pages /
4736                                 percpu_pagelist_fraction));
4737         else
4738                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4739 }
4740
4741 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4742 {
4743         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4744
4745         pageset_init(pcp);
4746         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4747 }
4748
4749 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4750 {
4751         int cpu;
4752         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4753         for_each_possible_cpu(cpu)
4754                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4755 }
4756
4757 /*
4758  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4759  * Before this call only boot pagesets were available.
4760  */
4761 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4762 {
4763         struct zone *zone;
4764
4765         for_each_populated_zone(zone)
4766                 setup_zone_pageset(zone);
4767 }
4768
4769 static noinline __init_refok
4770 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4771 {
4772         int i;
4773         size_t alloc_size;
4774
4775         /*
4776          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4777          * per zone.
4778          */
4779         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4780                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4781         zone->wait_table_bits =
4782                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4783         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4784                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4785
4786         if (!slab_is_available()) {
4787                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4788                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4789                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4790         } else {
4791                 /*
4792                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4793                  * via memory hot-add.
4794                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4795                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4796                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4797                  * node itself as well.
4798                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4799                  * necessary.
4800                  */
4801                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4802         }
4803         if (!zone->wait_table)
4804                 return -ENOMEM;
4805
4806         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4807                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4808
4809         return 0;
4810 }
4811
4812 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4813 {
4814         /*
4815          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4816          * relies on the ability of the linker to provide the
4817          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4818          */
4819         zone->pageset = &boot_pageset;
4820
4821         if (populated_zone(zone))
4822                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4823                         zone->name, zone->present_pages,
4824                                          zone_batchsize(zone));
4825 }
4826
4827 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4828                                         unsigned long zone_start_pfn,
4829                                         unsigned long size,
4830                                         enum memmap_context context)
4831 {
4832         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4833         int ret;
4834         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4835         if (ret)
4836                 return ret;
4837         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4838
4839         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4840
4841         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4842                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4843                         pgdat->node_id,
4844                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4845                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4846
4847         zone_init_free_lists(zone);
4848
4849         return 0;
4850 }
4851
4852 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4853 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4854
4855 /*
4856  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4857  */
4858 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4859                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4860 {
4861         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4862         int nid;
4863
4864         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4865                 return state->last_nid;
4866
4867         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4868         if (nid != -1) {
4869                 state->last_start = start_pfn;
4870                 state->last_end = end_pfn;
4871                 state->last_nid = nid;
4872         }
4873
4874         return nid;
4875 }
4876 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4877
4878 /**
4879  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4880  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4881  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4882  *
4883  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4884  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4885  * memblock_free_early_nid() manually.
4886  */
4887 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4888 {
4889         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4890         int i, this_nid;
4891
4892         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4893                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4894                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4895
4896                 if (start_pfn < end_pfn)
4897                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4898                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4899                                         this_nid);
4900         }
4901 }
4902
4903 /**
4904  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4905  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4906  *
4907  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4908  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4909  */
4910 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4911 {
4912         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4913         int i, this_nid;
4914
4915         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4916                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4917 }
4918
4919 /**
4920  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4921  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4922  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4923  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4924  *
4925  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4926  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4927  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4928  * PFNs will be 0.
4929  */
4930 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4931                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4932 {
4933         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4934         int i;
4935
4936         *start_pfn = -1UL;
4937         *end_pfn = 0;
4938
4939         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4940                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4941                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4942         }
4943
4944         if (*start_pfn == -1UL)
4945                 *start_pfn = 0;
4946 }
4947
4948 /*
4949  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4950  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4951  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4952  */
4953 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4954 {
4955         int zone_index;
4956         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4957                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4958                         continue;
4959
4960                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4961                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4962                         break;
4963         }
4964
4965         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4966         movable_zone = zone_index;
4967 }
4968
4969 /*
4970  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4971  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4972  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4973  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4974  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4975  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4976  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4977  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4978  */
4979 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4980                                         unsigned long zone_type,
4981                                         unsigned long node_start_pfn,
4982                                         unsigned long node_end_pfn,
4983                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4984                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4985 {
4986         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4987         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4988                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4989                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4990                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4991                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4992                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4993
4994                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4995                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4996                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4997                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4998
4999                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5000                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5001                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5002         }
5003 }
5004
5005 /*
5006  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5007  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5008  */
5009 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5010                                         unsigned long zone_type,
5011                                         unsigned long node_start_pfn,
5012                                         unsigned long node_end_pfn,
5013                                         unsigned long *ignored)
5014 {
5015         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5016
5017         /* Get the start and end of the zone */
5018         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5019         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5020         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5021                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5022                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5023
5024         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5025         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5026                 return 0;
5027
5028         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5029         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5030         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5031
5032         /* Return the spanned pages */
5033         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5034 }
5035
5036 /*
5037  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5038  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5039  */
5040 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5041                                 unsigned long range_start_pfn,
5042                                 unsigned long range_end_pfn)
5043 {
5044         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5045         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5046         int i;
5047
5048         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5049                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5050                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5051                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5052         }
5053         return nr_absent;
5054 }
5055
5056 /**
5057  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5058  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5059  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5060  *
5061  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5062  */
5063 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5064                                                         unsigned long end_pfn)
5065 {
5066         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5067 }
5068
5069 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5070 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5071                                         unsigned long zone_type,
5072                                         unsigned long node_start_pfn,
5073                                         unsigned long node_end_pfn,
5074                                         unsigned long *ignored)
5075 {
5076         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5077         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5078         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5079
5080         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5081         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5082
5083         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5084                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5085                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5086         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5087 }
5088
5089 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5090 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5091                                         unsigned long zone_type,
5092                                         unsigned long node_start_pfn,
5093                                         unsigned long node_end_pfn,
5094                                         unsigned long *zones_size)
5095 {
5096         return zones_size[zone_type];
5097 }
5098
5099 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5100                                                 unsigned long zone_type,
5101                                                 unsigned long node_start_pfn,
5102                                                 unsigned long node_end_pfn,
5103                                                 unsigned long *zholes_size)
5104 {
5105         if (!zholes_size)
5106                 return 0;
5107
5108         return zholes_size[zone_type];
5109 }
5110
5111 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5112
5113 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5114                                                 unsigned long node_start_pfn,
5115                                                 unsigned long node_end_pfn,
5116                                                 unsigned long *zones_size,
5117                                                 unsigned long *zholes_size)
5118 {
5119         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5120         enum zone_type i;
5121
5122         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5123                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5124                 unsigned long size, real_size;
5125
5126                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5127                                                   node_start_pfn,
5128                                                   node_end_pfn,
5129                                                   zones_size);
5130                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5131                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5132                                                   zholes_size);
5133                 zone->spanned_pages = size;
5134                 zone->present_pages = real_size;
5135
5136                 totalpages += size;
5137                 realtotalpages += real_size;
5138         }
5139
5140         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5141         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5142         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5143                                                         realtotalpages);
5144 }
5145
5146 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5147 /*
5148  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5149  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5150  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5151  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5152  * bytes.
5153  */
5154 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5155 {
5156         unsigned long usemapsize;
5157
5158         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5159         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5160         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5161         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5162         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5163
5164         return usemapsize / 8;
5165 }
5166
5167 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5168                                 struct zone *zone,
5169                                 unsigned long zone_start_pfn,
5170                                 unsigned long zonesize)
5171 {
5172         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5173         zone->pageblock_flags = NULL;
5174         if (usemapsize)
5175                 zone->pageblock_flags =
5176                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5177                                                          pgdat->node_id);
5178 }
5179 #else
5180 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5181                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5182 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5183
5184 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5185
5186 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5187 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5188 {
5189         unsigned int order;
5190
5191         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5192         if (pageblock_order)
5193                 return;
5194
5195         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5196                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5197         else
5198                 order = MAX_ORDER - 1;
5199
5200         /*
5201          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5202          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5203          * powerpc.
5204          */
5205         pageblock_order = order;
5206 }
5207 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5208
5209 /*
5210  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5211  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5212  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5213  * the kernel config
5214  */
5215 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5216 {
5217 }
5218
5219 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5220
5221 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5222                                                    unsigned long present_pages)
5223 {
5224         unsigned long pages = spanned_pages;
5225
5226         /*
5227          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5228          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5229          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5230          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5231          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5232          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5233          */
5234         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5235             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5236                 pages = present_pages;
5237
5238         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5239 }
5240
5241 /*
5242  * Set up the zone data structures:
5243  *   - mark all pages reserved
5244  *   - mark all memory queues empty
5245  *   - clear the memory bitmaps
5246  *
5247  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5248  */
5249 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
5250                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
5251 {
5252         enum zone_type j;
5253         int nid = pgdat->node_id;
5254         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5255         int ret;
5256
5257         pgdat_resize_init(pgdat);
5258 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5259         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5260         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5261         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5262 #endif
5263         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5264         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5265         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5266
5267         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5268                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5269                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5270
5271                 size = zone->spanned_pages;
5272                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5273
5274                 /*
5275                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5276                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5277                  * and per-cpu initialisations
5278                  */
5279                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5280                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5281                         if (freesize >= memmap_pages) {
5282                                 freesize -= memmap_pages;
5283                                 if (memmap_pages)
5284                                         printk(KERN_DEBUG
5285                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5286                                                zone_names[j], memmap_pages);
5287                         } else
5288                                 printk(KERN_WARNING
5289                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5290                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5291                 }
5292
5293                 /* Account for reserved pages */
5294                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5295                         freesize -= dma_reserve;
5296                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5297                                         zone_names[0], dma_reserve);
5298                 }
5299
5300                 if (!is_highmem_idx(j))
5301                         nr_kernel_pages += freesize;
5302                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5303                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5304                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5305                 nr_all_pages += freesize;
5306
5307                 /*
5308                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5309                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5310                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5311                  */
5312                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5313 #ifdef CONFIG_NUMA
5314                 zone->node = nid;
5315                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5316                                                 / 100;
5317                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5318 #endif
5319                 zone->name = zone_names[j];
5320                 spin_lock_init(&zone->lock);
5321                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5322                 zone_seqlock_init(zone);
5323                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5324                 zone_pcp_init(zone);
5325
5326                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5327                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5328
5329                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5330                 if (!size)
5331                         continue;
5332
5333                 set_pageblock_order();
5334                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5335                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5336                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5337                 BUG_ON(ret);
5338                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5339                 zone_start_pfn += size;
5340         }
5341 }
5342
5343 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5344 {
5345         /* Skip empty nodes */
5346         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5347                 return;
5348
5349 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5350         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5351         if (!pgdat->node_mem_map) {
5352                 unsigned long size, start, end;
5353                 struct page *map;
5354
5355                 /*
5356                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5357                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5358                  * for the buddy allocator to function correctly.
5359                  */
5360                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5361                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5362                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5363                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5364                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5365                 if (!map)
5366                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5367                                                                pgdat->node_id);
5368                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5369         }
5370 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5371         /*
5372          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5373          */
5374         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5375                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5376 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5377                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5378                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5379 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5380         }
5381 #endif
5382 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5383 }
5384
5385 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5386                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5387 {
5388         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5389         unsigned long start_pfn = 0;
5390         unsigned long end_pfn = 0;
5391
5392         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5393         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5394
5395         reset_deferred_meminit(pgdat);
5396         pgdat->node_id = nid;
5397         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5398 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5399         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5400         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5401                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5402 #endif
5403         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5404                                   zones_size, zholes_size);
5405
5406         alloc_node_mem_map(pgdat);
5407 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5408         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5409                 nid, (unsigned long)pgdat,
5410                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5411 #endif
5412
5413         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5414 }
5415
5416 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5417
5418 #if MAX_NUMNODES > 1
5419 /*
5420  * Figure out the number of possible node ids.
5421  */
5422 void __init setup_nr_node_ids(void)
5423 {
5424         unsigned int node;
5425         unsigned int highest = 0;
5426
5427         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5428                 highest = node;
5429         nr_node_ids = highest + 1;
5430 }
5431 #endif
5432
5433 /**
5434  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5435  *
5436  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5437  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5438  * all the nodes.
5439  *
5440  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5441  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5442  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5443  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5444  *
5445  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5446  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5447  * populated node map.
5448  *
5449  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5450  * requirement (single node).
5451  */
5452 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5453 {
5454         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5455         unsigned long start, end, mask;
5456         int last_nid = -1;
5457         int i, nid;
5458
5459         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5460                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5461                         last_nid = nid;
5462                         last_end = end;
5463                         continue;
5464                 }
5465
5466                 /*
5467                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5468                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5469                  * too coarse to separate the current node from the last.
5470                  */
5471                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5472                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5473                         mask <<= 1;
5474
5475                 /* accumulate all internode masks */
5476                 accl_mask |= mask;
5477         }
5478
5479         /* convert mask to number of pages */
5480         return ~accl_mask + 1;
5481 }
5482
5483 /* Find the lowest pfn for a node */
5484 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5485 {
5486         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5487         unsigned long start_pfn;
5488         int i;
5489
5490         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5491                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5492
5493         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5494                 printk(KERN_WARNING
5495                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5496                 return 0;
5497         }
5498
5499         return min_pfn;
5500 }
5501
5502 /**
5503  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5504  *
5505  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5506  * memblock_set_node().
5507  */
5508 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5509 {
5510         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5511 }
5512
5513 /*
5514  * early_calculate_totalpages()
5515  * Sum pages in active regions for movable zone.
5516  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5517  */
5518 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5519 {
5520         unsigned long totalpages = 0;
5521         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5522         int i, nid;
5523
5524         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5525                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5526
5527                 totalpages += pages;
5528                 if (pages)
5529                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5530         }
5531         return totalpages;
5532 }
5533
5534 /*
5535  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5536  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5537  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5538  * others
5539  */
5540 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5541 {
5542         int i, nid;
5543         unsigned long usable_startpfn;
5544         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5545         /* save the state before borrow the nodemask */
5546         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5547         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5548         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5549         struct memblock_region *r;
5550
5551         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5552         find_usable_zone_for_movable();
5553
5554         /*
5555          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5556          * options.
5557          */
5558         if (movable_node_is_enabled()) {
5559                 for_each_memblock(memory, r) {
5560                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5561                                 continue;
5562
5563                         nid = r->nid;
5564
5565                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5566                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5567                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5568                                 usable_startpfn;
5569                 }
5570
5571                 goto out2;
5572         }
5573
5574         /*
5575          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5576          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5577          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5578          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5579          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5580          * what movablecore would have allowed.
5581          */
5582         if (required_movablecore) {
5583                 unsigned long corepages;
5584
5585                 /*
5586                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5587                  * was requested by the user
5588                  */
5589                 required_movablecore =
5590                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5591                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5592
5593                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5594         }
5595
5596         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5597         if (!required_kernelcore)
5598                 goto out;
5599
5600         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5601         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5602
5603 restart:
5604         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5605         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5606         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5607                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5608
5609                 /*
5610                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5611                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5612                  * amount of memory for the kernel
5613                  */
5614                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5615                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5616
5617                 /*
5618                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5619                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5620                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5621                  */
5622                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5623
5624                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5625                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5626                         unsigned long size_pages;
5627
5628                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5629                         if (start_pfn >= end_pfn)
5630                                 continue;
5631
5632                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5633                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5634                                 unsigned long kernel_pages;
5635                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5636                                                                 - start_pfn;
5637
5638                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5639                                                         kernelcore_remaining);
5640                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5641                                                         required_kernelcore);
5642
5643                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5644                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5645
5646                                         /*
5647                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5648                                          * that if we have to rebalance
5649                                          * kernelcore across nodes, we will
5650                                          * not double account here
5651                                          */
5652                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5653                                         continue;
5654                                 }
5655                                 start_pfn = usable_startpfn;
5656                         }
5657
5658                         /*
5659                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5660                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5661                          * number of pages used as kernelcore
5662                          */
5663                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5664                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5665                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5666                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5667
5668                         /*
5669                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5670                          * break if the kernelcore for this node has been
5671                          * satisfied
5672                          */
5673                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5674                                                                 size_pages);
5675                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5676                         if (!kernelcore_remaining)
5677                                 break;
5678                 }
5679         }
5680
5681         /*
5682          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5683          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5684          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5685          * satisfied
5686          */
5687         usable_nodes--;
5688         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5689                 goto restart;
5690
5691 out2:
5692         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5693         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5694                 zone_movable_pfn[nid] =
5695                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5696
5697 out:
5698         /* restore the node_state */
5699         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5700 }
5701
5702 /* Any regular or high memory on that node ? */
5703 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5704 {
5705         enum zone_type zone_type;
5706
5707         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5708                 return;
5709
5710         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5711                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5712                 if (populated_zone(zone)) {
5713                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5714                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5715                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5716                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5717                         break;
5718                 }
5719         }
5720 }
5721
5722 /**
5723  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5724  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5725  *
5726  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5727  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5728  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5729  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5730  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5731  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5732  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5733  * at arch_max_dma_pfn.
5734  */
5735 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5736 {
5737         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5738         int i, nid;
5739
5740         /* Record where the zone boundaries are */
5741         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5742                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5743         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5744                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5745         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5746         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5747         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5748                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5749                         continue;
5750                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5751                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5752                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5753                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5754         }
5755         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5756         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5757
5758         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5759         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5760         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5761
5762         /* Print out the zone ranges */
5763         pr_info("Zone ranges:\n");
5764         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5765                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5766                         continue;
5767                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5768                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5769                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5770                         pr_cont("empty\n");
5771                 else
5772                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5773                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5774                                         << PAGE_SHIFT,
5775                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5776                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5777         }
5778
5779         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5780         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5781         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5782                 if (zone_movable_pfn[i])
5783                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5784                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5785         }
5786
5787         /* Print out the early node map */
5788         pr_info("Early memory node ranges\n");
5789         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5790                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5791                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5792                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5793
5794         /* Initialise every node */
5795         mminit_verify_pageflags_layout();
5796         setup_nr_node_ids();
5797         for_each_online_node(nid) {
5798                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5799                 free_area_init_node(nid, NULL,
5800                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5801
5802                 /* Any memory on that node */
5803                 if (pgdat->node_present_pages)
5804                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5805                 check_for_memory(pgdat, nid);
5806         }
5807 }
5808
5809 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5810 {
5811         unsigned long long coremem;
5812         if (!p)
5813                 return -EINVAL;
5814
5815         coremem = memparse(p, &p);
5816         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5817
5818         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5819         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5820
5821         return 0;
5822 }
5823
5824 /*
5825  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5826  * cannot be reclaimed or migrated.
5827  */
5828 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5829 {
5830         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5831 }
5832
5833 /*
5834  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5835  * can be reclaimed or migrated.
5836  */
5837 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5838 {
5839         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5840 }
5841
5842 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5843 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5844
5845 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5846
5847 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5848 {
5849         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5850         page_zone(page)->managed_pages += count;
5851         totalram_pages += count;
5852 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5853         if (PageHighMem(page))
5854                 totalhigh_pages += count;
5855 #endif
5856         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5857 }
5858 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5859
5860 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5861 {
5862         void *pos;
5863         unsigned long pages = 0;
5864
5865         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5866         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5867         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5868                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5869                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5870                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5871         }
5872
5873         if (pages && s)
5874                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5875                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5876
5877         return pages;
5878 }
5879 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5880
5881 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5882 void free_highmem_page(struct page *page)
5883 {
5884         __free_reserved_page(page);
5885         totalram_pages++;
5886         page_zone(page)->managed_pages++;
5887         totalhigh_pages++;
5888 }
5889 #endif
5890
5891
5892 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5893 {
5894         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5895         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5896
5897         physpages = get_num_physpages();
5898         codesize = _etext - _stext;
5899         datasize = _edata - _sdata;
5900         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5901         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5902         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5903         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5904
5905         /*
5906          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5907          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5908          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5909          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5910          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5911          */
5912 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5913         do { \
5914                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5915                         size -= adj; \
5916         } while (0)
5917
5918         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5919                      _sinittext, init_code_size);
5920         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5921         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5922         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5923         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5924
5925 #undef  adj_init_size
5926
5927         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5928                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5929                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5930 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5931                ", %luK highmem"
5932 #endif
5933                "%s%s)\n",
5934                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5935                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5936                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5937                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5938                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5939 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5940                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5941 #endif
5942                str ? ", " : "", str ? str : "");
5943 }
5944
5945 /**
5946  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5947  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5948  *
5949  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5950  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5951  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5952  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5953  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5954  * smaller per-cpu batchsize.
5955  */
5956 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5957 {
5958         dma_reserve = new_dma_reserve;
5959 }
5960
5961 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5962 {
5963         free_area_init_node(0, zones_size,
5964                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5965 }
5966
5967 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5968                                  unsigned long action, void *hcpu)
5969 {
5970         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5971
5972         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5973                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5974                 drain_pages(cpu);
5975
5976                 /*
5977                  * Spill the event counters of the dead processor
5978                  * into the current processors event counters.
5979                  * This artificially elevates the count of the current
5980                  * processor.
5981                  */
5982                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5983
5984                 /*
5985                  * Zero the differential counters of the dead processor
5986                  * so that the vm statistics are consistent.
5987                  *
5988                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5989                  * race with what we are doing.
5990                  */
5991                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5992         }
5993         return NOTIFY_OK;
5994 }
5995
5996 void __init page_alloc_init(void)
5997 {
5998         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5999 }
6000
6001 /*
6002  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
6003  *      or min_free_kbytes changes.
6004  */
6005 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6006 {
6007         struct pglist_data *pgdat;
6008         unsigned long reserve_pages = 0;
6009         enum zone_type i, j;
6010
6011         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6012                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6013                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6014                         long max = 0;
6015
6016                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6017                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6018                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6019                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6020                         }
6021
6022                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6023                         max += high_wmark_pages(zone);
6024
6025                         if (max > zone->managed_pages)
6026                                 max = zone->managed_pages;
6027                         reserve_pages += max;
6028                         /*
6029                          * Lowmem reserves are not available to
6030                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6031                          * kswapd tries to balance zones to their high
6032                          * watermark.  As a result, neither should be
6033                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6034                          * situation where reclaim has to clean pages
6035                          * in order to balance the zones.
6036                          */
6037                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6038                 }
6039         }
6040         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6041         totalreserve_pages = reserve_pages;
6042 }
6043
6044 /*
6045  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6046  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6047  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6048  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6049  */
6050 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6051 {
6052         struct pglist_data *pgdat;
6053         enum zone_type j, idx;
6054
6055         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6056                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6057                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6058                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6059
6060                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6061
6062                         idx = j;
6063                         while (idx) {
6064                                 struct zone *lower_zone;
6065
6066                                 idx--;
6067
6068                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6069                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6070
6071                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6072                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6073                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6074                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6075                         }
6076                 }
6077         }
6078
6079         /* update totalreserve_pages */
6080         calculate_totalreserve_pages();
6081 }
6082
6083 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6084 {
6085         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6086         unsigned long lowmem_pages = 0;
6087         struct zone *zone;
6088         unsigned long flags;
6089
6090         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6091         for_each_zone(zone) {
6092                 if (!is_highmem(zone))
6093                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6094         }
6095
6096         for_each_zone(zone) {
6097                 u64 tmp;
6098
6099                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6100                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6101                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6102                 if (is_highmem(zone)) {
6103                         /*
6104                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6105                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6106                          * value here.
6107                          *
6108                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6109                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6110                          * not be capped for highmem.
6111                          */
6112                         unsigned long min_pages;
6113
6114                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6115                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6116                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6117                 } else {
6118                         /*
6119                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6120                          * proportionate to the zone's size.
6121                          */
6122                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6123                 }
6124
6125                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6126                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6127
6128                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6129                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6130                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6131
6132                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
6133                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6134         }
6135
6136         /* update totalreserve_pages */
6137         calculate_totalreserve_pages();
6138 }
6139
6140 /**
6141  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6142  * or when memory is hot-{added|removed}
6143  *
6144  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6145  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6146  */
6147 void setup_per_zone_wmarks(void)
6148 {
6149         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6150         __setup_per_zone_wmarks();
6151         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6152 }
6153
6154 /*
6155  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6156  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6157  * to be referenced again before it is swapped out.
6158  *
6159  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6160  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6161  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6162  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6163  *
6164  * total     target    max
6165  * memory    ratio     inactive anon
6166  * -------------------------------------
6167  *   10MB       1         5MB
6168  *  100MB       1        50MB
6169  *    1GB       3       250MB
6170  *   10GB      10       0.9GB
6171  *  100GB      31         3GB
6172  *    1TB     101        10GB
6173  *   10TB     320        32GB
6174  */
6175 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6176 {
6177         unsigned int gb, ratio;
6178
6179         /* Zone size in gigabytes */
6180         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6181         if (gb)
6182                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6183         else
6184                 ratio = 1;
6185
6186         zone->inactive_ratio = ratio;
6187 }
6188
6189 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6190 {
6191         struct zone *zone;
6192
6193         for_each_zone(zone)
6194                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6195 }
6196
6197 /*
6198  * Initialise min_free_kbytes.
6199  *
6200  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6201  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6202  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6203  *
6204  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6205  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6206  *
6207  * which yields
6208  *
6209  * 16MB:        512k
6210  * 32MB:        724k
6211  * 64MB:        1024k
6212  * 128MB:       1448k
6213  * 256MB:       2048k
6214  * 512MB:       2896k
6215  * 1024MB:      4096k
6216  * 2048MB:      5792k
6217  * 4096MB:      8192k
6218  * 8192MB:      11584k
6219  * 16384MB:     16384k
6220  */
6221 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6222 {
6223         unsigned long lowmem_kbytes;
6224         int new_min_free_kbytes;
6225
6226         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6227         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6228
6229         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6230                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6231                 if (min_free_kbytes < 128)
6232                         min_free_kbytes = 128;
6233                 if (min_free_kbytes > 65536)
6234                         min_free_kbytes = 65536;
6235         } else {
6236                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6237                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6238         }
6239         setup_per_zone_wmarks();
6240         refresh_zone_stat_thresholds();
6241         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6242         setup_per_zone_inactive_ratio();
6243         return 0;
6244 }
6245 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6246
6247 /*
6248  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6249  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6250  *      changes.
6251  */
6252 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6253         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6254 {
6255         int rc;
6256
6257         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6258         if (rc)
6259                 return rc;
6260
6261         if (write) {
6262                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6263                 setup_per_zone_wmarks();
6264         }
6265         return 0;
6266 }
6267
6268 #ifdef CONFIG_NUMA
6269 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6270         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6271 {
6272         struct zone *zone;
6273         int rc;
6274
6275         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6276         if (rc)
6277                 return rc;
6278
6279         for_each_zone(zone)
6280                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6281                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6282         return 0;
6283 }
6284
6285 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6286         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6287 {
6288         struct zone *zone;
6289         int rc;
6290
6291         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6292         if (rc)
6293                 return rc;
6294
6295         for_each_zone(zone)
6296                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6297                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6298         return 0;
6299 }
6300 #endif
6301
6302 /*
6303  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6304  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6305  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6306  *
6307  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6308  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6309  * if in function of the boot time zone sizes.
6310  */
6311 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6312         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6313 {
6314         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6315         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6316         return 0;
6317 }
6318
6319 /*
6320  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6321  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6322  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6323  */
6324 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6325         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6326 {
6327         struct zone *zone;
6328         int old_percpu_pagelist_fraction;
6329         int ret;
6330
6331         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6332         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6333
6334         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6335         if (!write || ret < 0)
6336                 goto out;
6337
6338         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6339         if (percpu_pagelist_fraction &&
6340             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6341                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6342                 ret = -EINVAL;
6343                 goto out;
6344         }
6345
6346         /* No change? */
6347         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6348                 goto out;
6349
6350         for_each_populated_zone(zone) {
6351                 unsigned int cpu;
6352
6353                 for_each_possible_cpu(cpu)
6354                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6355                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6356         }
6357 out:
6358         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6359         return ret;
6360 }
6361
6362 #ifdef CONFIG_NUMA
6363 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6364
6365 static int __init set_hashdist(char *str)
6366 {
6367         if (!str)
6368                 return 0;
6369         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6370         return 1;
6371 }
6372 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6373 #endif
6374
6375 /*
6376  * allocate a large system hash table from bootmem
6377  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6378  *   quantity of entries
6379  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6380  */
6381 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6382                                      unsigned long bucketsize,
6383                                      unsigned long numentries,
6384                                      int scale,
6385                                      int flags,
6386                                      unsigned int *_hash_shift,
6387                                      unsigned int *_hash_mask,
6388                                      unsigned long low_limit,
6389                                      unsigned long high_limit)
6390 {
6391         unsigned long long max = high_limit;
6392         unsigned long log2qty, size;
6393         void *table = NULL;
6394
6395         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6396         if (!numentries) {
6397                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6398                 numentries = nr_kernel_pages;
6399
6400                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6401                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6402                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6403
6404                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6405                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6406                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6407                 else
6408                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6409
6410                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6411                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6412                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6413                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6414                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6415                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6416                                 BUG_ON(!numentries);
6417                         }
6418                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6419                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6420         }
6421         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6422
6423         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6424         if (max == 0) {
6425                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6426                 do_div(max, bucketsize);
6427         }
6428         max = min(max, 0x80000000ULL);
6429
6430         if (numentries < low_limit)
6431                 numentries = low_limit;
6432         if (numentries > max)
6433                 numentries = max;
6434
6435         log2qty = ilog2(numentries);
6436
6437         do {
6438                 size = bucketsize << log2qty;
6439                 if (flags & HASH_EARLY)
6440                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6441                 else if (hashdist)
6442                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6443                 else {
6444                         /*
6445                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6446                          * some pages at the end of hash table which
6447                          * alloc_pages_exact() automatically does
6448                          */
6449                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6450                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6451                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6452                         }
6453                 }
6454         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6455
6456         if (!table)
6457                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6458
6459         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6460                tablename,
6461                (1UL << log2qty),
6462                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6463                size);
6464
6465         if (_hash_shift)
6466                 *_hash_shift = log2qty;
6467         if (_hash_mask)
6468                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6469
6470         return table;
6471 }
6472
6473 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6474 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6475                                                         unsigned long pfn)
6476 {
6477 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6478         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6479 #else
6480         return zone->pageblock_flags;
6481 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6482 }
6483
6484 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6485 {
6486 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6487         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6488         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6489 #else
6490         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6491         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6492 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6493 }
6494
6495 /**
6496  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6497  * @page: The page within the block of interest
6498  * @pfn: The target page frame number
6499  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6500  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6501  *
6502  * Return: pageblock_bits flags
6503  */
6504 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6505                                         unsigned long end_bitidx,
6506                                         unsigned long mask)
6507 {
6508         struct zone *zone;
6509         unsigned long *bitmap;
6510         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6511         unsigned long word;
6512
6513         zone = page_zone(page);
6514         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6515         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6516         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6517         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6518
6519         word = bitmap[word_bitidx];
6520         bitidx += end_bitidx;
6521         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6522 }
6523
6524 /**
6525  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6526  * @page: The page within the block of interest
6527  * @flags: The flags to set
6528  * @pfn: The target page frame number
6529  * @end_bitidx: The last bit of interest
6530  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6531  */
6532 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6533                                         unsigned long pfn,
6534                                         unsigned long end_bitidx,
6535                                         unsigned long mask)
6536 {
6537         struct zone *zone;
6538         unsigned long *bitmap;
6539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6540         unsigned long old_word, word;
6541
6542         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6543
6544         zone = page_zone(page);
6545         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6546         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6547         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6548         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6549
6550         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6551
6552         bitidx += end_bitidx;
6553         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6554         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6555
6556         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6557         for (;;) {
6558                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6559                 if (word == old_word)
6560                         break;
6561                 word = old_word;
6562         }
6563 }
6564
6565 /*
6566  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6567  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6568  *
6569  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6570  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6571  * expect this function should be exact.
6572  */
6573 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6574                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6575 {
6576         unsigned long pfn, iter, found;
6577         int mt;
6578
6579         /*
6580          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6581          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6582          */
6583         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6584                 return false;
6585         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6586         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6587                 return false;
6588
6589         pfn = page_to_pfn(page);
6590         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6591                 unsigned long check = pfn + iter;
6592
6593                 if (!pfn_valid_within(check))
6594                         continue;
6595
6596                 page = pfn_to_page(check);
6597
6598                 /*
6599                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6600                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6601                  * handle each tail page individually in migration.
6602                  */
6603                 if (PageHuge(page)) {
6604                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6605                         continue;
6606                 }
6607
6608                 /*
6609                  * We can't use page_count without pin a page
6610                  * because another CPU can free compound page.
6611                  * This check already skips compound tails of THP
6612                  * because their page->_count is zero at all time.
6613                  */
6614                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6615                         if (PageBuddy(page))
6616                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6617                         continue;
6618                 }
6619
6620                 /*
6621                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6622                  * page_count() is not 0.
6623                  */
6624                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6625                         continue;
6626
6627                 if (!PageLRU(page))
6628                         found++;
6629                 /*
6630                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6631                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6632                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6633                  */
6634                 /*
6635                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6636                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6637                  *
6638                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6639                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6640                  * page at boot.
6641                  */
6642                 if (found > count)
6643                         return true;
6644         }
6645         return false;
6646 }
6647
6648 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6649 {
6650         struct zone *zone;
6651         unsigned long pfn;
6652
6653         /*
6654          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6655          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6656          * the zone but still within the section.
6657          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6658          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6659          */
6660         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6661                 return false;
6662
6663         zone = page_zone(page);
6664         pfn = page_to_pfn(page);
6665         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6666                 return false;
6667
6668         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6669 }
6670
6671 #ifdef CONFIG_CMA
6672
6673 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6674 {
6675         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6676                              pageblock_nr_pages) - 1);
6677 }
6678
6679 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6680 {
6681         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6682                                 pageblock_nr_pages));
6683 }
6684
6685 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6686 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6687                                         unsigned long start, unsigned long end)
6688 {
6689         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6690         unsigned long nr_reclaimed;
6691         unsigned long pfn = start;
6692         unsigned int tries = 0;
6693         int ret = 0;
6694
6695         migrate_prep();
6696
6697         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6698                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6699                         ret = -EINTR;
6700                         break;
6701                 }
6702
6703                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6704                         cc->nr_migratepages = 0;
6705                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6706                         if (!pfn) {
6707                                 ret = -EINTR;
6708                                 break;
6709                         }
6710                         tries = 0;
6711                 } else if (++tries == 5) {
6712                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6713                         break;
6714                 }
6715
6716                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6717                                                         &cc->migratepages);
6718                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6719
6720                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6721                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6722         }
6723         if (ret < 0) {
6724                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6725                 return ret;
6726         }
6727         return 0;
6728 }
6729
6730 /**
6731  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6732  * @start:      start PFN to allocate
6733  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6734  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6735  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6736  *                      in range must have the same migratetype and it must
6737  *                      be either of the two.
6738  *
6739  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6740  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6741  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6742  * pages fall in.
6743  *
6744  * The PFN range must belong to a single zone.
6745  *
6746  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6747  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6748  * need to be freed with free_contig_range().
6749  */
6750 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6751                        unsigned migratetype)
6752 {
6753         unsigned long outer_start, outer_end;
6754         int ret = 0, order;
6755
6756         struct compact_control cc = {
6757                 .nr_migratepages = 0,
6758                 .order = -1,
6759                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6760                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6761                 .ignore_skip_hint = true,
6762         };
6763         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6764
6765         /*
6766          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6767          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6768          * have different sizes, and due to the way page allocator
6769          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6770          * that page allocator won't try to merge buddies from
6771          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6772          * other migration type.
6773          *
6774          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6775          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6776          * we are interested in).  This will put all the pages in
6777          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6778          *
6779          * When this is done, we take the pages in range from page
6780          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6781          * page allocator will never consider using them.
6782          *
6783          * This lets us mark the pageblocks back as
6784          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6785          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6786          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6787          */
6788
6789         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6790                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6791                                        false);
6792         if (ret)
6793                 return ret;
6794
6795         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6796         if (ret)
6797                 goto done;
6798
6799         /*
6800          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6801          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6802          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6803          * What we are going to do is to allocate all pages from
6804          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6805          *
6806          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6807          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6808          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6809          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6810          * once this is done free the pages we are not interested in.
6811          *
6812          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6813          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6814          */
6815
6816         lru_add_drain_all();
6817         drain_all_pages(cc.zone);
6818
6819         order = 0;
6820         outer_start = start;
6821         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6822                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6823                         ret = -EBUSY;
6824                         goto done;
6825                 }
6826                 outer_start &= ~0UL << order;
6827         }
6828
6829         /* Make sure the range is really isolated. */
6830         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6831                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6832                         __func__, outer_start, end);
6833                 ret = -EBUSY;
6834                 goto done;
6835         }
6836
6837         /* Grab isolated pages from freelists. */
6838         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6839         if (!outer_end) {
6840                 ret = -EBUSY;
6841                 goto done;
6842         }
6843
6844         /* Free head and tail (if any) */
6845         if (start != outer_start)
6846                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6847         if (end != outer_end)
6848                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6849
6850 done:
6851         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6852                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6853         return ret;
6854 }
6855
6856 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6857 {
6858         unsigned int count = 0;
6859
6860         for (; nr_pages--; pfn++) {
6861                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6862
6863                 count += page_count(page) != 1;
6864                 __free_page(page);
6865         }
6866         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6867 }
6868 #endif
6869
6870 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6871 /*
6872  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6873  * page high values need to be recalulated.
6874  */
6875 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6876 {
6877         unsigned cpu;
6878         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6879         for_each_possible_cpu(cpu)
6880                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6881                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6882         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6883 }
6884 #endif
6885
6886 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6887 {
6888         unsigned long flags;
6889         int cpu;
6890         struct per_cpu_pageset *pset;
6891
6892         /* avoid races with drain_pages()  */
6893         local_irq_save(flags);
6894         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6895                 for_each_online_cpu(cpu) {
6896                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6897                         drain_zonestat(zone, pset);
6898                 }
6899                 free_percpu(zone->pageset);
6900                 zone->pageset = &boot_pageset;
6901         }
6902         local_irq_restore(flags);
6903 }
6904
6905 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6906 /*
6907  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6908  */
6909 void
6910 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6911 {
6912         struct page *page;
6913         struct zone *zone;
6914         unsigned int order, i;
6915         unsigned long pfn;
6916         unsigned long flags;
6917         /* find the first valid pfn */
6918         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6919                 if (pfn_valid(pfn))
6920                         break;
6921         if (pfn == end_pfn)
6922                 return;
6923         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6924         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6925         pfn = start_pfn;
6926         while (pfn < end_pfn) {
6927                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6928                         pfn++;
6929                         continue;
6930                 }
6931                 page = pfn_to_page(pfn);
6932                 /*
6933                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6934                  * page_count() is not 0.
6935                  */
6936                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6937                         pfn++;
6938                         SetPageReserved(page);
6939                         continue;
6940                 }
6941
6942                 BUG_ON(page_count(page));
6943                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6944                 order = page_order(page);
6945 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6946                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6947                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6948 #endif
6949                 list_del(&page->lru);
6950                 rmv_page_order(page);
6951                 zone->free_area[order].nr_free--;
6952                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6953                         SetPageReserved((page+i));
6954                 pfn += (1 << order);
6955         }
6956         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6957 }
6958 #endif
6959
6960 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6961 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6962 {
6963         struct zone *zone = page_zone(page);
6964         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6965         unsigned long flags;
6966         unsigned int order;
6967
6968         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6969         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6970                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6971
6972                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6973                         break;
6974         }
6975         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6976
6977         return order < MAX_ORDER;
6978 }
6979 #endif