UPSTREAM: dt-bindings: rockchip-thermal: fix the misleading description
[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 #include <linux/kthread.h>
65
66 #include <asm/sections.h>
67 #include <asm/tlbflush.h>
68 #include <asm/div64.h>
69 #include "internal.h"
70
71 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
72 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
73 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
74
75 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
76 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
77 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
78 #endif
79
80 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
81 /*
82  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
83  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
84  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
85  * defined in <linux/topology.h>.
86  */
87 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
88 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
89 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
90 #endif
91
92 /*
93  * Array of node states.
94  */
95 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
96         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
97         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
98 #ifndef CONFIG_NUMA
99         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
100 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
101         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif
103 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
104         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
105 #endif
106         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
107 #endif  /* NUMA */
108 };
109 EXPORT_SYMBOL(node_states);
110
111 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
112 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
113
114 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
117 /*
118  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
119  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
120  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
121  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
122  */
123 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
124
125 int percpu_pagelist_fraction;
126 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
127
128 /*
129  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
130  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
131  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
132  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
133  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
134  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
135  */
136 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
137 {
138         return page->index;
139 }
140
141 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
142 {
143         page->index = migratetype;
144 }
145
146 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
147 /*
148  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
149  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
150  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
151  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
152  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
153  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
154  */
155
156 static gfp_t saved_gfp_mask;
157
158 void pm_restore_gfp_mask(void)
159 {
160         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
161         if (saved_gfp_mask) {
162                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
163                 saved_gfp_mask = 0;
164         }
165 }
166
167 void pm_restrict_gfp_mask(void)
168 {
169         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
170         WARN_ON(saved_gfp_mask);
171         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
172         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
173 }
174
175 bool pm_suspended_storage(void)
176 {
177         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
178                 return false;
179         return true;
180 }
181 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
182
183 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
184 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
185 #endif
186
187 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
188
189 /*
190  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
191  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
192  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
193  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
194  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
195  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
196  *
197  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
198  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
199  */
200 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
201 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
202          256,
203 #endif
204 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
205          256,
206 #endif
207 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
208          32,
209 #endif
210          32,
211 };
212
213 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
214
215 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
216 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
217          "DMA",
218 #endif
219 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
220          "DMA32",
221 #endif
222          "Normal",
223 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
224          "HighMem",
225 #endif
226          "Movable",
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
228          "Device",
229 #endif
230 };
231
232 static void free_compound_page(struct page *page);
233 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
234         NULL,
235         free_compound_page,
236 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
237         free_huge_page,
238 #endif
239 };
240
241 /*
242  * Try to keep at least this much lowmem free.  Do not allow normal
243  * allocations below this point, only high priority ones. Automatically
244  * tuned according to the amount of memory in the system.
245  */
246 int min_free_kbytes = 1024;
247 int user_min_free_kbytes = -1;
248
249 /*
250  * Extra memory for the system to try freeing. Used to temporarily
251  * free memory, to make space for new workloads. Anyone can allocate
252  * down to the min watermarks controlled by min_free_kbytes above.
253  */
254 int extra_free_kbytes = 0;
255
256 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
257 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
258 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
259
260 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
261 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
262 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
263 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
264 static unsigned long __initdata required_movablecore;
265 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
266
267 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
268 int movable_zone;
269 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
270 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
271
272 #if MAX_NUMNODES > 1
273 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
274 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
275 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
276 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
277 #endif
278
279 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
280
281 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
282 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
283 {
284         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
285 }
286
287 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
288 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
289 {
290         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
291
292         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
293                 return true;
294
295         return false;
296 }
297
298 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
299 {
300         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
301                 return true;
302
303         return false;
304 }
305
306 /*
307  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
308  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
309  */
310 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
311                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
312                                 unsigned long *nr_initialised)
313 {
314         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
315         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
316                 return true;
317
318         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
319         (*nr_initialised)++;
320         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
321             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
322                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
323                 return false;
324         }
325
326         return true;
327 }
328 #else
329 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
330 {
331 }
332
333 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
334 {
335         return false;
336 }
337
338 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
339 {
340         return false;
341 }
342
343 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
344                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
345                                 unsigned long *nr_initialised)
346 {
347         return true;
348 }
349 #endif
350
351
352 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
353 {
354         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
355                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
356                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
357
358         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
359                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
360 }
361
362 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
363 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
364 {
365         int ret = 0;
366         unsigned seq;
367         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
368         unsigned long sp, start_pfn;
369
370         do {
371                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
372                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
373                 sp = zone->spanned_pages;
374                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
375                         ret = 1;
376         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
377
378         if (ret)
379                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
380                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
381                         start_pfn, start_pfn + sp);
382
383         return ret;
384 }
385
386 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
387 {
388         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
389                 return 0;
390         if (zone != page_zone(page))
391                 return 0;
392
393         return 1;
394 }
395 /*
396  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
397  */
398 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
399 {
400         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
401                 return 1;
402         if (!page_is_consistent(zone, page))
403                 return 1;
404
405         return 0;
406 }
407 #else
408 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
409 {
410         return 0;
411 }
412 #endif
413
414 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
415                 unsigned long bad_flags)
416 {
417         static unsigned long resume;
418         static unsigned long nr_shown;
419         static unsigned long nr_unshown;
420
421         /* Don't complain about poisoned pages */
422         if (PageHWPoison(page)) {
423                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
424                 return;
425         }
426
427         /*
428          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
429          * or allow a steady drip of one report per second.
430          */
431         if (nr_shown == 60) {
432                 if (time_before(jiffies, resume)) {
433                         nr_unshown++;
434                         goto out;
435                 }
436                 if (nr_unshown) {
437                         printk(KERN_ALERT
438                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
439                                 nr_unshown);
440                         nr_unshown = 0;
441                 }
442                 nr_shown = 0;
443         }
444         if (nr_shown++ == 0)
445                 resume = jiffies + 60 * HZ;
446
447         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
448                 current->comm, page_to_pfn(page));
449         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
450
451         print_modules();
452         dump_stack();
453 out:
454         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
455         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
456         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
457 }
458
459 /*
460  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
461  *
462  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
463  *
464  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
465  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
466  *
467  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
468  * page destructors. See compound_page_dtors.
469  *
470  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
471  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
472  */
473
474 static void free_compound_page(struct page *page)
475 {
476         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
477 }
478
479 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
480 {
481         int i;
482         int nr_pages = 1 << order;
483
484         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
485         set_compound_order(page, order);
486         __SetPageHead(page);
487         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
488                 struct page *p = page + i;
489                 set_page_count(p, 0);
490                 set_compound_head(p, page);
491         }
492 }
493
494 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
495 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
496 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
497 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
498
499 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
500 {
501         if (!buf)
502                 return -EINVAL;
503
504         if (strcmp(buf, "on") == 0)
505                 _debug_pagealloc_enabled = true;
506
507         return 0;
508 }
509 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
510
511 static bool need_debug_guardpage(void)
512 {
513         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
514         if (!debug_pagealloc_enabled())
515                 return false;
516
517         return true;
518 }
519
520 static void init_debug_guardpage(void)
521 {
522         if (!debug_pagealloc_enabled())
523                 return;
524
525         _debug_guardpage_enabled = true;
526 }
527
528 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
529         .need = need_debug_guardpage,
530         .init = init_debug_guardpage,
531 };
532
533 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
534 {
535         unsigned long res;
536
537         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
538                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
539                 return 0;
540         }
541         _debug_guardpage_minorder = res;
542         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
543         return 0;
544 }
545 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
546
547 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
548                                 unsigned int order, int migratetype)
549 {
550         struct page_ext *page_ext;
551
552         if (!debug_guardpage_enabled())
553                 return;
554
555         page_ext = lookup_page_ext(page);
556         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
557
558         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
559         set_page_private(page, order);
560         /* Guard pages are not available for any usage */
561         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
562 }
563
564 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
565                                 unsigned int order, int migratetype)
566 {
567         struct page_ext *page_ext;
568
569         if (!debug_guardpage_enabled())
570                 return;
571
572         page_ext = lookup_page_ext(page);
573         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
574
575         set_page_private(page, 0);
576         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
577                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
578 }
579 #else
580 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
581 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
582                                 unsigned int order, int migratetype) {}
583 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
584                                 unsigned int order, int migratetype) {}
585 #endif
586
587 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
588 {
589         set_page_private(page, order);
590         __SetPageBuddy(page);
591 }
592
593 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
594 {
595         __ClearPageBuddy(page);
596         set_page_private(page, 0);
597 }
598
599 /*
600  * This function checks whether a page is free && is the buddy
601  * we can do coalesce a page and its buddy if
602  * (a) the buddy is not in a hole &&
603  * (b) the buddy is in the buddy system &&
604  * (c) a page and its buddy have the same order &&
605  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
606  *
607  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
608  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
609  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
610  * serialized by zone->lock.
611  *
612  * For recording page's order, we use page_private(page).
613  */
614 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
615                                                         unsigned int order)
616 {
617         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
618                 return 0;
619
620         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
621                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
622                         return 0;
623
624                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
625
626                 return 1;
627         }
628
629         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
630                 /*
631                  * zone check is done late to avoid uselessly
632                  * calculating zone/node ids for pages that could
633                  * never merge.
634                  */
635                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
636                         return 0;
637
638                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
639
640                 return 1;
641         }
642         return 0;
643 }
644
645 /*
646  * Freeing function for a buddy system allocator.
647  *
648  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
649  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
650  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
651  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
652  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
653  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
654  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
655  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
656  * parts of the VM system.
657  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
658  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
659  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
660  * field.
661  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
662  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
663  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
664  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
665  * triggers coalescing into a block of larger size.
666  *
667  * -- nyc
668  */
669
670 static inline void __free_one_page(struct page *page,
671                 unsigned long pfn,
672                 struct zone *zone, unsigned int order,
673                 int migratetype)
674 {
675         unsigned long page_idx;
676         unsigned long combined_idx;
677         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
678         struct page *buddy;
679         unsigned int max_order;
680
681         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
682
683         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
684         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
685
686         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
687         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
688                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
689
690         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
691
692         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
693         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
694
695 continue_merging:
696         while (order < max_order - 1) {
697                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
698                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
699                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
700                         goto done_merging;
701                 /*
702                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
703                  * merge with it and move up one order.
704                  */
705                 if (page_is_guard(buddy)) {
706                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
707                 } else {
708                         list_del(&buddy->lru);
709                         zone->free_area[order].nr_free--;
710                         rmv_page_order(buddy);
711                 }
712                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
713                 page = page + (combined_idx - page_idx);
714                 page_idx = combined_idx;
715                 order++;
716         }
717         if (max_order < MAX_ORDER) {
718                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
719                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
720                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
721                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
722                  *
723                  * We don't want to hit this code for the more frequent
724                  * low-order merging.
725                  */
726                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
727                         int buddy_mt;
728
729                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
730                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
731                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
732
733                         if (migratetype != buddy_mt
734                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
735                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
736                                 goto done_merging;
737                 }
738                 max_order++;
739                 goto continue_merging;
740         }
741
742 done_merging:
743         set_page_order(page, order);
744
745         /*
746          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
747          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
748          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
749          * that is happening, add the free page to the tail of the list
750          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
751          * as a higher order page
752          */
753         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
754                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
755                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
756                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
757                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
758                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
759                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
760                         list_add_tail(&page->lru,
761                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
762                         goto out;
763                 }
764         }
765
766         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
767 out:
768         zone->free_area[order].nr_free++;
769 }
770
771 static inline int free_pages_check(struct page *page)
772 {
773         const char *bad_reason = NULL;
774         unsigned long bad_flags = 0;
775
776         if (unlikely(page_mapcount(page)))
777                 bad_reason = "nonzero mapcount";
778         if (unlikely(page->mapping != NULL))
779                 bad_reason = "non-NULL mapping";
780         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
781                 bad_reason = "nonzero _count";
782         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
783                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
784                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
785         }
786 #ifdef CONFIG_MEMCG
787         if (unlikely(page->mem_cgroup))
788                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
789 #endif
790         if (unlikely(bad_reason)) {
791                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
792                 return 1;
793         }
794         page_cpupid_reset_last(page);
795         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
796                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
797         return 0;
798 }
799
800 /*
801  * Frees a number of pages from the PCP lists
802  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
803  * count is the number of pages to free.
804  *
805  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
806  * see if this freeing clears that state.
807  *
808  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
809  * pinned" detection logic.
810  */
811 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
812                                         struct per_cpu_pages *pcp)
813 {
814         int migratetype = 0;
815         int batch_free = 0;
816         int to_free = count;
817         unsigned long nr_scanned;
818
819         spin_lock(&zone->lock);
820         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
821         if (nr_scanned)
822                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
823
824         while (to_free) {
825                 struct page *page;
826                 struct list_head *list;
827
828                 /*
829                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
830                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
831                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
832                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
833                  * lists
834                  */
835                 do {
836                         batch_free++;
837                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
838                                 migratetype = 0;
839                         list = &pcp->lists[migratetype];
840                 } while (list_empty(list));
841
842                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
843                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
844                         batch_free = to_free;
845
846                 do {
847                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
848
849                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
850                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
851                         list_del(&page->lru);
852
853                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
854                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
855                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
856                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
857                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
858                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
859
860                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
861                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
862                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
863         }
864         spin_unlock(&zone->lock);
865 }
866
867 static void free_one_page(struct zone *zone,
868                                 struct page *page, unsigned long pfn,
869                                 unsigned int order,
870                                 int migratetype)
871 {
872         unsigned long nr_scanned;
873         spin_lock(&zone->lock);
874         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
875         if (nr_scanned)
876                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
877
878         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
879                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
880                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
881         }
882         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
883         spin_unlock(&zone->lock);
884 }
885
886 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
887 {
888         int ret = 1;
889
890         /*
891          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
892          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
893          */
894         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
895
896         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
897                 ret = 0;
898                 goto out;
899         }
900         if (unlikely(!PageTail(page))) {
901                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
902                 goto out;
903         }
904         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
905                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
906                 goto out;
907         }
908         ret = 0;
909 out:
910         clear_compound_head(page);
911         return ret;
912 }
913
914 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
915                                 unsigned long zone, int nid)
916 {
917         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
918         init_page_count(page);
919         page_mapcount_reset(page);
920         page_cpupid_reset_last(page);
921
922         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
923 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
924         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
925         if (!is_highmem_idx(zone))
926                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
927 #endif
928 }
929
930 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
931                                         int nid)
932 {
933         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
934 }
935
936 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
937 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
938 {
939         pg_data_t *pgdat;
940         int nid, zid;
941
942         if (!early_page_uninitialised(pfn))
943                 return;
944
945         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
946         pgdat = NODE_DATA(nid);
947
948         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
949                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
950
951                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
952                         break;
953         }
954         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
955 }
956 #else
957 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
958 {
959 }
960 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
961
962 /*
963  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
964  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
965  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
966  * sent to the buddy page allocator.
967  */
968 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
969 {
970         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
971         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
972
973         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
974                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
975                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
976
977                         init_reserved_page(start_pfn);
978
979                         /* Avoid false-positive PageTail() */
980                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
981
982                         SetPageReserved(page);
983                 }
984         }
985 }
986
987 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
988 {
989         bool compound = PageCompound(page);
990         int i, bad = 0;
991
992         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
993         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
994
995         trace_mm_page_free(page, order);
996         kmemcheck_free_shadow(page, order);
997         kasan_free_pages(page, order);
998
999         if (PageAnon(page))
1000                 page->mapping = NULL;
1001         bad += free_pages_check(page);
1002         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1003                 if (compound)
1004                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1005                 bad += free_pages_check(page + i);
1006         }
1007         if (bad)
1008                 return false;
1009
1010         reset_page_owner(page, order);
1011
1012         if (!PageHighMem(page)) {
1013                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1014                                            PAGE_SIZE << order);
1015                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1016                                            PAGE_SIZE << order);
1017         }
1018         arch_free_page(page, order);
1019         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1020
1021         return true;
1022 }
1023
1024 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1025 {
1026         unsigned long flags;
1027         int migratetype;
1028         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1029
1030         if (!free_pages_prepare(page, order))
1031                 return;
1032
1033         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1034         local_irq_save(flags);
1035         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1036         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1037         local_irq_restore(flags);
1038 }
1039
1040 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1041                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1042 {
1043         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1044         struct page *p = page;
1045         unsigned int loop;
1046
1047         prefetchw(p);
1048         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1049                 prefetchw(p + 1);
1050                 __ClearPageReserved(p);
1051                 set_page_count(p, 0);
1052         }
1053         __ClearPageReserved(p);
1054         set_page_count(p, 0);
1055
1056         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1057         set_page_refcounted(page);
1058         __free_pages(page, order);
1059 }
1060
1061 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1062         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1063
1064 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1065
1066 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1067 {
1068         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1069         int nid;
1070
1071         spin_lock(&early_pfn_lock);
1072         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1073         if (nid < 0)
1074                 nid = first_online_node;
1075         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1076
1077         return nid;
1078 }
1079 #endif
1080
1081 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1082 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1083                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1084 {
1085         int nid;
1086
1087         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1088         if (nid >= 0 && nid != node)
1089                 return false;
1090         return true;
1091 }
1092
1093 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1094 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1095 {
1096         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1097 }
1098
1099 #else
1100
1101 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1102 {
1103         return true;
1104 }
1105 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1106                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1107 {
1108         return true;
1109 }
1110 #endif
1111
1112
1113 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1114                                                         unsigned int order)
1115 {
1116         if (early_page_uninitialised(pfn))
1117                 return;
1118         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1119 }
1120
1121 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1122 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1123                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1124 {
1125         int i;
1126
1127         if (!page)
1128                 return;
1129
1130         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1131         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1132             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1133                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1134                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1135                 return;
1136         }
1137
1138         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1139                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1140 }
1141
1142 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1143 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1144 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1145
1146 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1147 {
1148         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1149                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1150 }
1151
1152 /* Initialise remaining memory on a node */
1153 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1154 {
1155         pg_data_t *pgdat = data;
1156         int nid = pgdat->node_id;
1157         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1158         unsigned long start = jiffies;
1159         unsigned long nr_pages = 0;
1160         unsigned long walk_start, walk_end;
1161         int i, zid;
1162         struct zone *zone;
1163         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1164         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1165
1166         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1167                 pgdat_init_report_one_done();
1168                 return 0;
1169         }
1170
1171         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1172         if (!cpumask_empty(cpumask))
1173                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1174
1175         /* Sanity check boundaries */
1176         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1177         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1178         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1179
1180         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1181         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1182                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1183                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1184                         break;
1185         }
1186
1187         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1188                 unsigned long pfn, end_pfn;
1189                 struct page *page = NULL;
1190                 struct page *free_base_page = NULL;
1191                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1192                 int nr_to_free = 0;
1193
1194                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1195                 pfn = first_init_pfn;
1196                 if (pfn < walk_start)
1197                         pfn = walk_start;
1198                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1199                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1200
1201                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1202                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1203                                 goto free_range;
1204
1205                         /*
1206                          * Ensure pfn_valid is checked every
1207                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1208                          */
1209                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1210                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1211                                         page = NULL;
1212                                         goto free_range;
1213                                 }
1214                         }
1215
1216                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1217                                 page = NULL;
1218                                 goto free_range;
1219                         }
1220
1221                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1222                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1223                                 page++;
1224                         } else {
1225                                 nr_pages += nr_to_free;
1226                                 deferred_free_range(free_base_page,
1227                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1228                                 free_base_page = NULL;
1229                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1230
1231                                 page = pfn_to_page(pfn);
1232                                 cond_resched();
1233                         }
1234
1235                         if (page->flags) {
1236                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1237                                 goto free_range;
1238                         }
1239
1240                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1241                         if (!free_base_page) {
1242                                 free_base_page = page;
1243                                 free_base_pfn = pfn;
1244                                 nr_to_free = 0;
1245                         }
1246                         nr_to_free++;
1247
1248                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1249                         continue;
1250 free_range:
1251                         /* Free the current block of pages to allocator */
1252                         nr_pages += nr_to_free;
1253                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1254                                                                 nr_to_free);
1255                         free_base_page = NULL;
1256                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1257                 }
1258
1259                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1260         }
1261
1262         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1263         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1264
1265         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1266                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1267
1268         pgdat_init_report_one_done();
1269         return 0;
1270 }
1271
1272 void __init page_alloc_init_late(void)
1273 {
1274         int nid;
1275
1276         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1277         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1278         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1279                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1280         }
1281
1282         /* Block until all are initialised */
1283         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1284
1285         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1286         files_maxfiles_init();
1287 }
1288 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1289
1290 #ifdef CONFIG_CMA
1291 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1292 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1293 {
1294         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1295         struct page *p = page;
1296
1297         do {
1298                 __ClearPageReserved(p);
1299                 set_page_count(p, 0);
1300         } while (++p, --i);
1301
1302         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1303
1304         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1305                 i = pageblock_nr_pages;
1306                 p = page;
1307                 do {
1308                         set_page_refcounted(p);
1309                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1310                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1311                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1312         } else {
1313                 set_page_refcounted(page);
1314                 __free_pages(page, pageblock_order);
1315         }
1316
1317         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1318 }
1319 #endif
1320
1321 /*
1322  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1323  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1324  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1325  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1326  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1327  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1328  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1329  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1330  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1331  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1332  *
1333  * -- nyc
1334  */
1335 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1336         int low, int high, struct free_area *area,
1337         int migratetype)
1338 {
1339         unsigned long size = 1 << high;
1340
1341         while (high > low) {
1342                 area--;
1343                 high--;
1344                 size >>= 1;
1345                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1346
1347                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1348                         debug_guardpage_enabled() &&
1349                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1350                         /*
1351                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1352                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1353                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1354                          * pages will stay not present in virtual address space
1355                          */
1356                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1357                         continue;
1358                 }
1359                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1360                 area->nr_free++;
1361                 set_page_order(&page[size], high);
1362         }
1363 }
1364
1365 /*
1366  * This page is about to be returned from the page allocator
1367  */
1368 static inline int check_new_page(struct page *page)
1369 {
1370         const char *bad_reason = NULL;
1371         unsigned long bad_flags = 0;
1372
1373         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1374                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1375         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1376                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1377         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1378                 bad_reason = "nonzero _count";
1379         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1380                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1381                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1382         }
1383         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1384                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1385                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1386         }
1387 #ifdef CONFIG_MEMCG
1388         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1389                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1390 #endif
1391         if (unlikely(bad_reason)) {
1392                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1393                 return 1;
1394         }
1395         return 0;
1396 }
1397
1398 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1399                                                                 int alloc_flags)
1400 {
1401         int i;
1402
1403         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1404                 struct page *p = page + i;
1405                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1406                         return 1;
1407         }
1408
1409         set_page_private(page, 0);
1410         set_page_refcounted(page);
1411
1412         arch_alloc_page(page, order);
1413         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1414         kasan_alloc_pages(page, order);
1415
1416         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1417                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1418                         clear_highpage(page + i);
1419
1420         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1421                 prep_compound_page(page, order);
1422
1423         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1424
1425         /*
1426          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1427          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1428          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1429          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1430          */
1431         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1432                 set_page_pfmemalloc(page);
1433         else
1434                 clear_page_pfmemalloc(page);
1435
1436         return 0;
1437 }
1438
1439 /*
1440  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1441  * the smallest available page from the freelists
1442  */
1443 static inline
1444 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1445                                                 int migratetype)
1446 {
1447         unsigned int current_order;
1448         struct free_area *area;
1449         struct page *page;
1450
1451         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1452         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1453                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1454                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1455                         continue;
1456
1457                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1458                                                         struct page, lru);
1459                 list_del(&page->lru);
1460                 rmv_page_order(page);
1461                 area->nr_free--;
1462                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1463                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1464                 return page;
1465         }
1466
1467         return NULL;
1468 }
1469
1470
1471 /*
1472  * This array describes the order lists are fallen back to when
1473  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1474  */
1475 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1476         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1477         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1478         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1479 #ifdef CONFIG_CMA
1480         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1481 #endif
1482 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1483         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1484 #endif
1485 };
1486
1487 #ifdef CONFIG_CMA
1488 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1489                                         unsigned int order)
1490 {
1491         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1492 }
1493 #else
1494 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1495                                         unsigned int order) { return NULL; }
1496 #endif
1497
1498 /*
1499  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1500  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1501  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1502  */
1503 int move_freepages(struct zone *zone,
1504                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1505                           int migratetype)
1506 {
1507         struct page *page;
1508         unsigned int order;
1509         int pages_moved = 0;
1510
1511 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1512         /*
1513          * page_zone is not safe to call in this context when
1514          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1515          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1516          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1517          * grouping pages by mobility
1518          */
1519         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1520 #endif
1521
1522         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1523                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1524                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1525
1526                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1527                         page++;
1528                         continue;
1529                 }
1530
1531                 if (!PageBuddy(page)) {
1532                         page++;
1533                         continue;
1534                 }
1535
1536                 order = page_order(page);
1537                 list_move(&page->lru,
1538                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1539                 page += 1 << order;
1540                 pages_moved += 1 << order;
1541         }
1542
1543         return pages_moved;
1544 }
1545
1546 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1547                                 int migratetype)
1548 {
1549         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1550         struct page *start_page, *end_page;
1551
1552         start_pfn = page_to_pfn(page);
1553         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1554         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1555         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1556         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1557
1558         /* Do not cross zone boundaries */
1559         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1560                 start_page = page;
1561         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1562                 return 0;
1563
1564         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1565 }
1566
1567 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1568                                         int start_order, int migratetype)
1569 {
1570         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1571
1572         while (nr_pageblocks--) {
1573                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1574                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1575         }
1576 }
1577
1578 /*
1579  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1580  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1581  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1582  *
1583  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1584  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1585  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1586  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1587  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1588  * pageblocks.
1589  */
1590 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1591 {
1592         /*
1593          * Leaving this order check is intended, although there is
1594          * relaxed order check in next check. The reason is that
1595          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1596          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1597          * so could be changed anytime.
1598          */
1599         if (order >= pageblock_order)
1600                 return true;
1601
1602         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1603                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1604                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1605                 page_group_by_mobility_disabled)
1606                 return true;
1607
1608         return false;
1609 }
1610
1611 /*
1612  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1613  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1614  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1615  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1616  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1617  */
1618 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1619                                                           int start_type)
1620 {
1621         unsigned int current_order = page_order(page);
1622         int pages;
1623
1624         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1625         if (current_order >= pageblock_order) {
1626                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1627                 return;
1628         }
1629
1630         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1631
1632         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1633         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1634                         page_group_by_mobility_disabled)
1635                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1636 }
1637
1638 /*
1639  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1640  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1641  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1642  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1643  */
1644 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1645                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1646 {
1647         int i;
1648         int fallback_mt;
1649
1650         if (area->nr_free == 0)
1651                 return -1;
1652
1653         *can_steal = false;
1654         for (i = 0;; i++) {
1655                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1656                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1657                         break;
1658
1659                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1660                         continue;
1661
1662                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1663                         *can_steal = true;
1664
1665                 if (!only_stealable)
1666                         return fallback_mt;
1667
1668                 if (*can_steal)
1669                         return fallback_mt;
1670         }
1671
1672         return -1;
1673 }
1674
1675 /*
1676  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1677  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1678  */
1679 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1680                                 unsigned int alloc_order)
1681 {
1682         int mt;
1683         unsigned long max_managed, flags;
1684
1685         /*
1686          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1687          * Check is race-prone but harmless.
1688          */
1689         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1690         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1691                 return;
1692
1693         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1694
1695         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1696         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1697                 goto out_unlock;
1698
1699         /* Yoink! */
1700         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1701         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1702                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1703                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1704                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1705                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1706         }
1707
1708 out_unlock:
1709         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1710 }
1711
1712 /*
1713  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1714  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1715  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1716  * to recover from than an OOM.
1717  */
1718 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1719 {
1720         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1721         unsigned long flags;
1722         struct zoneref *z;
1723         struct zone *zone;
1724         struct page *page;
1725         int order;
1726
1727         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1728                                                                 ac->nodemask) {
1729                 /* Preserve at least one pageblock */
1730                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1731                         continue;
1732
1733                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1734                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1735                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1736
1737                         if (list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
1738                                 continue;
1739
1740                         page = list_entry(area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC].next,
1741                                                 struct page, lru);
1742
1743                         /*
1744                          * It should never happen but changes to locking could
1745                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1746                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1747                          * and watch for underflows.
1748                          */
1749                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1750                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1751
1752                         /*
1753                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1754                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1755                          * is doing the work and needs the pages. More
1756                          * importantly, if the block was always converted to
1757                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1758                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1759                          * may increase.
1760                          */
1761                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1762                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1763                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1764                         return;
1765                 }
1766                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1767         }
1768 }
1769
1770 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1771 static inline struct page *
1772 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1773 {
1774         struct free_area *area;
1775         unsigned int current_order;
1776         struct page *page;
1777         int fallback_mt;
1778         bool can_steal;
1779
1780         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1781         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1782                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1783                                 --current_order) {
1784                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1785                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1786                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1787                 if (fallback_mt == -1)
1788                         continue;
1789
1790                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1791                                                 struct page, lru);
1792                 if (can_steal)
1793                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1794
1795                 /* Remove the page from the freelists */
1796                 area->nr_free--;
1797                 list_del(&page->lru);
1798                 rmv_page_order(page);
1799
1800                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1801                                         start_migratetype);
1802                 /*
1803                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1804                  * migratetype depending on the decisions in
1805                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1806                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1807                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1808                  */
1809                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1810
1811                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1812                         start_migratetype, fallback_mt);
1813
1814                 return page;
1815         }
1816
1817         return NULL;
1818 }
1819
1820 /*
1821  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1822  * Call me with the zone->lock already held.
1823  */
1824 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1825                                 int migratetype, gfp_t gfp_flags)
1826 {
1827         struct page *page;
1828
1829         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1830         if (unlikely(!page)) {
1831                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1832                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1833
1834                 if (!page)
1835                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1836         }
1837
1838         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1839         return page;
1840 }
1841
1842 /*
1843  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1844  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1845  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1846  */
1847 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1848                         unsigned long count, struct list_head *list,
1849                         int migratetype, bool cold)
1850 {
1851         int i;
1852
1853         spin_lock(&zone->lock);
1854         for (i = 0; i < count; ++i) {
1855                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype, 0);
1856                 if (unlikely(page == NULL))
1857                         break;
1858
1859                 /*
1860                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1861                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1862                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1863                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1864                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1865                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1866                  * properly.
1867                  */
1868                 if (likely(!cold))
1869                         list_add(&page->lru, list);
1870                 else
1871                         list_add_tail(&page->lru, list);
1872                 list = &page->lru;
1873                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1874                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1875                                               -(1 << order));
1876         }
1877         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1878         spin_unlock(&zone->lock);
1879         return i;
1880 }
1881
1882 #ifdef CONFIG_NUMA
1883 /*
1884  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1885  * currently executing processor on remote nodes after they have
1886  * expired.
1887  *
1888  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1889  * a single processor.
1890  */
1891 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1892 {
1893         unsigned long flags;
1894         int to_drain, batch;
1895
1896         local_irq_save(flags);
1897         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1898         to_drain = min(pcp->count, batch);
1899         if (to_drain > 0) {
1900                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1901                 pcp->count -= to_drain;
1902         }
1903         local_irq_restore(flags);
1904 }
1905 #endif
1906
1907 /*
1908  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1909  *
1910  * The processor must either be the current processor and the
1911  * thread pinned to the current processor or a processor that
1912  * is not online.
1913  */
1914 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1915 {
1916         unsigned long flags;
1917         struct per_cpu_pageset *pset;
1918         struct per_cpu_pages *pcp;
1919
1920         local_irq_save(flags);
1921         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1922
1923         pcp = &pset->pcp;
1924         if (pcp->count) {
1925                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1926                 pcp->count = 0;
1927         }
1928         local_irq_restore(flags);
1929 }
1930
1931 /*
1932  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1933  *
1934  * The processor must either be the current processor and the
1935  * thread pinned to the current processor or a processor that
1936  * is not online.
1937  */
1938 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1939 {
1940         struct zone *zone;
1941
1942         for_each_populated_zone(zone) {
1943                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1944         }
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1949  *
1950  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1951  * the single zone's pages.
1952  */
1953 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1954 {
1955         int cpu = smp_processor_id();
1956
1957         if (zone)
1958                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1959         else
1960                 drain_pages(cpu);
1961 }
1962
1963 /*
1964  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1965  *
1966  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1967  *
1968  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1969  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1970  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1971  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1972  * before the call to on_each_cpu_mask().
1973  */
1974 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1975 {
1976         int cpu;
1977
1978         /*
1979          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1980          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1981          */
1982         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1983
1984         /*
1985          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1986          * as offline notification will cause the notified
1987          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1988          * disables preemption as part of its processing
1989          */
1990         for_each_online_cpu(cpu) {
1991                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1992                 struct zone *z;
1993                 bool has_pcps = false;
1994
1995                 if (zone) {
1996                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1997                         if (pcp->pcp.count)
1998                                 has_pcps = true;
1999                 } else {
2000                         for_each_populated_zone(z) {
2001                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2002                                 if (pcp->pcp.count) {
2003                                         has_pcps = true;
2004                                         break;
2005                                 }
2006                         }
2007                 }
2008
2009                 if (has_pcps)
2010                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2011                 else
2012                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2013         }
2014         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2015                                                                 zone, 1);
2016 }
2017
2018 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2019
2020 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2021 {
2022         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2023         unsigned long flags;
2024         unsigned int order, t;
2025         struct list_head *curr;
2026
2027         if (zone_is_empty(zone))
2028                 return;
2029
2030         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2031
2032         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2033         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2034                 if (pfn_valid(pfn)) {
2035                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2036
2037                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2038                                 swsusp_unset_page_free(page);
2039                 }
2040
2041         for_each_migratetype_order(order, t) {
2042                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
2043                         unsigned long i;
2044
2045                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
2046                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2047                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2048                 }
2049         }
2050         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2051 }
2052 #endif /* CONFIG_PM */
2053
2054 /*
2055  * Free a 0-order page
2056  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2057  */
2058 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2059 {
2060         struct zone *zone = page_zone(page);
2061         struct per_cpu_pages *pcp;
2062         unsigned long flags;
2063         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2064         int migratetype;
2065
2066         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2067                 return;
2068
2069         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2070         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2071         local_irq_save(flags);
2072         __count_vm_event(PGFREE);
2073
2074         /*
2075          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2076          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2077          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2078          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2079          * excessively into the page allocator
2080          */
2081         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2082                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2083                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2084                         goto out;
2085                 }
2086                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2087         }
2088
2089         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2090         if (!cold)
2091                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2092         else
2093                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2094         pcp->count++;
2095         if (pcp->count >= pcp->high) {
2096                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2097                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2098                 pcp->count -= batch;
2099         }
2100
2101 out:
2102         local_irq_restore(flags);
2103 }
2104
2105 /*
2106  * Free a list of 0-order pages
2107  */
2108 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2109 {
2110         struct page *page, *next;
2111
2112         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2113                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2114                 free_hot_cold_page(page, cold);
2115         }
2116 }
2117
2118 /*
2119  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2120  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2121  * Each sub-page must be freed individually.
2122  *
2123  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2124  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2125  */
2126 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2127 {
2128         int i;
2129         gfp_t gfp_mask;
2130
2131         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2132         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2133
2134 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2135         /*
2136          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2137          * otherwise free the whole shadow.
2138          */
2139         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2140                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2141 #endif
2142
2143         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2144         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2145         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2146                 set_page_refcounted(page + i);
2147                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2148         }
2149 }
2150 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2151
2152 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2153 {
2154         unsigned long watermark;
2155         struct zone *zone;
2156         int mt;
2157
2158         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2159
2160         zone = page_zone(page);
2161         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2162
2163         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2164                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2165                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2166                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2167                         return 0;
2168
2169                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2170         }
2171
2172         /* Remove page from free list */
2173         list_del(&page->lru);
2174         zone->free_area[order].nr_free--;
2175         rmv_page_order(page);
2176
2177         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2178
2179         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2180         if (order >= pageblock_order - 1) {
2181                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2182                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2183                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2184                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2185                                 set_pageblock_migratetype(page,
2186                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2187                 }
2188         }
2189
2190
2191         return 1UL << order;
2192 }
2193
2194 /*
2195  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2196  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2197  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2198  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2199  * are enabled.
2200  *
2201  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2202  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2203  */
2204 int split_free_page(struct page *page)
2205 {
2206         unsigned int order;
2207         int nr_pages;
2208
2209         order = page_order(page);
2210
2211         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2212         if (!nr_pages)
2213                 return 0;
2214
2215         /* Split into individual pages */
2216         set_page_refcounted(page);
2217         split_page(page, order);
2218         return nr_pages;
2219 }
2220
2221 /*
2222  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2223  */
2224 static inline
2225 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2226                         struct zone *zone, unsigned int order,
2227                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2228 {
2229         unsigned long flags;
2230         struct page *page;
2231         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2232
2233         if (likely(order == 0)) {
2234                 struct per_cpu_pages *pcp;
2235                 struct list_head *list;
2236
2237                 local_irq_save(flags);
2238                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2239                 list = &pcp->lists[migratetype];
2240                 if (list_empty(list)) {
2241                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2242                                         pcp->batch, list,
2243                                         migratetype, cold);
2244                         if (unlikely(list_empty(list)))
2245                                 goto failed;
2246                 }
2247
2248                 if (cold)
2249                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2250                 else
2251                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2252
2253                 list_del(&page->lru);
2254                 pcp->count--;
2255         } else {
2256                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2257                         /*
2258                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2259                          *
2260                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2261                          * properly detect and handle allocation failures.
2262                          *
2263                          * We most definitely don't want callers attempting to
2264                          * allocate greater than order-1 page units with
2265                          * __GFP_NOFAIL.
2266                          */
2267                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2268                 }
2269                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2270
2271                 page = NULL;
2272                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2273                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2274                         if (page)
2275                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2276                 }
2277                 if (!page)
2278                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, gfp_flags);
2279                 spin_unlock(&zone->lock);
2280                 if (!page)
2281                         goto failed;
2282                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2283                                           get_pcppage_migratetype(page));
2284         }
2285
2286         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2287         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2288             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2289                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2290
2291         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2292         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2293         local_irq_restore(flags);
2294
2295         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2296         return page;
2297
2298 failed:
2299         local_irq_restore(flags);
2300         return NULL;
2301 }
2302
2303 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2304
2305 static struct {
2306         struct fault_attr attr;
2307
2308         bool ignore_gfp_highmem;
2309         bool ignore_gfp_reclaim;
2310         u32 min_order;
2311 } fail_page_alloc = {
2312         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2313         .ignore_gfp_reclaim = true,
2314         .ignore_gfp_highmem = true,
2315         .min_order = 1,
2316 };
2317
2318 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2319 {
2320         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2321 }
2322 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2323
2324 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2325 {
2326         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2327                 return false;
2328         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2329                 return false;
2330         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2331                 return false;
2332         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2333                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2334                 return false;
2335
2336         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2337 }
2338
2339 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2340
2341 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2342 {
2343         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2344         struct dentry *dir;
2345
2346         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2347                                         &fail_page_alloc.attr);
2348         if (IS_ERR(dir))
2349                 return PTR_ERR(dir);
2350
2351         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2352                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2353                 goto fail;
2354         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2355                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2356                 goto fail;
2357         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2358                                 &fail_page_alloc.min_order))
2359                 goto fail;
2360
2361         return 0;
2362 fail:
2363         debugfs_remove_recursive(dir);
2364
2365         return -ENOMEM;
2366 }
2367
2368 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2369
2370 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2371
2372 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2373
2374 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2375 {
2376         return false;
2377 }
2378
2379 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2380
2381 /*
2382  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2383  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2384  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2385  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2386  */
2387 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2388                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2389                         long free_pages)
2390 {
2391         long min = mark;
2392         int o;
2393         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2394
2395         /* free_pages may go negative - that's OK */
2396         free_pages -= (1 << order) - 1;
2397
2398         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2399                 min -= min / 2;
2400
2401         /*
2402          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2403          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2404          * atomic reserve but it avoids a search.
2405          */
2406         if (likely(!alloc_harder))
2407                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2408         else
2409                 min -= min / 4;
2410
2411 #ifdef CONFIG_CMA
2412         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2413         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2414                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2415 #endif
2416
2417         /*
2418          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2419          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2420          * even if a suitable page happened to be free.
2421          */
2422         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2423                 return false;
2424
2425         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2426         if (!order)
2427                 return true;
2428
2429         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2430         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2431                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2432                 int mt;
2433
2434                 if (!area->nr_free)
2435                         continue;
2436
2437                 if (alloc_harder)
2438                         return true;
2439
2440                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2441                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2442                                 return true;
2443                 }
2444
2445 #ifdef CONFIG_CMA
2446                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2447                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2448                         return true;
2449                 }
2450 #endif
2451         }
2452         return false;
2453 }
2454
2455 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2456                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2457 {
2458         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2459                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2460 }
2461
2462 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2463                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2464 {
2465         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2466
2467         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2468                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2469
2470         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2471                                                                 free_pages);
2472 }
2473
2474 #ifdef CONFIG_NUMA
2475 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2476 {
2477         return local_zone->node == zone->node;
2478 }
2479
2480 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2481 {
2482         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2483                                 RECLAIM_DISTANCE;
2484 }
2485 #else   /* CONFIG_NUMA */
2486 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2487 {
2488         return true;
2489 }
2490
2491 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2492 {
2493         return true;
2494 }
2495 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2496
2497 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2498 {
2499         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2500
2501         do {
2502                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2503                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2504                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2505                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2506         } while (zone++ != preferred_zone);
2507 }
2508
2509 /*
2510  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2511  * a page.
2512  */
2513 static struct page *
2514 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2515                                                 const struct alloc_context *ac)
2516 {
2517         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2518         struct zoneref *z;
2519         struct page *page = NULL;
2520         struct zone *zone;
2521         int nr_fair_skipped = 0;
2522         bool zonelist_rescan;
2523
2524 zonelist_scan:
2525         zonelist_rescan = false;
2526
2527         /*
2528          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2529          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2530          */
2531         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2532                                                                 ac->nodemask) {
2533                 unsigned long mark;
2534
2535                 if (cpusets_enabled() &&
2536                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2537                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2538                                 continue;
2539                 /*
2540                  * Distribute pages in proportion to the individual
2541                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2542                  * page was allocated in should have no effect on the
2543                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2544                  */
2545                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2546                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2547                                 break;
2548                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2549                                 nr_fair_skipped++;
2550                                 continue;
2551                         }
2552                 }
2553                 /*
2554                  * When allocating a page cache page for writing, we
2555                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2556                  * limit, such that no single zone holds more than its
2557                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2558                  * The dirty limits take into account the zone's
2559                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2560                  * should be able to balance it without having to
2561                  * write pages from its LRU list.
2562                  *
2563                  * This may look like it could increase pressure on
2564                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2565                  * before they are full.  But the pages that do spill
2566                  * over are limited as the lower zones are protected
2567                  * by this very same mechanism.  It should not become
2568                  * a practical burden to them.
2569                  *
2570                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2571                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2572                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2573                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2574                  * zones are together not big enough to reach the
2575                  * global limit.  The proper fix for these situations
2576                  * will require awareness of zones in the
2577                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2578                  */
2579                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2580                         continue;
2581
2582                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2583                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2584                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2585                         int ret;
2586
2587                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2588                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2589                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2590                                 goto try_this_zone;
2591
2592                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2593                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2594                                 continue;
2595
2596                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2597                         switch (ret) {
2598                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2599                                 /* did not scan */
2600                                 continue;
2601                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2602                                 /* scanned but unreclaimable */
2603                                 continue;
2604                         default:
2605                                 /* did we reclaim enough */
2606                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2607                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2608                                         goto try_this_zone;
2609
2610                                 continue;
2611                         }
2612                 }
2613
2614 try_this_zone:
2615                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2616                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2617                 if (page) {
2618                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2619                                 goto try_this_zone;
2620
2621                         /*
2622                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2623                          * if the pageblock should be reserved for the future
2624                          */
2625                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2626                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2627
2628                         return page;
2629                 }
2630         }
2631
2632         /*
2633          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2634          * local node.  However, the local node might have free pages left
2635          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2636          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2637          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2638          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2639          */
2640         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2641                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2642                 if (nr_fair_skipped) {
2643                         zonelist_rescan = true;
2644                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2645                 }
2646                 if (nr_online_nodes > 1)
2647                         zonelist_rescan = true;
2648         }
2649
2650         if (zonelist_rescan)
2651                 goto zonelist_scan;
2652
2653         return NULL;
2654 }
2655
2656 /*
2657  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2658  * meminfo in irq context.
2659  */
2660 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2661 {
2662         bool ret = false;
2663
2664 #if NODES_SHIFT > 8
2665         ret = in_interrupt();
2666 #endif
2667         return ret;
2668 }
2669
2670 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2671                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2672                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2673
2674 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2675 {
2676         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2677
2678         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2679             debug_guardpage_minorder() > 0)
2680                 return;
2681
2682         /*
2683          * This documents exceptions given to allocations in certain
2684          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2685          * of allowed nodes.
2686          */
2687         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2688                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2689                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2690                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2691         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2692                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2693
2694         if (fmt) {
2695                 struct va_format vaf;
2696                 va_list args;
2697
2698                 va_start(args, fmt);
2699
2700                 vaf.fmt = fmt;
2701                 vaf.va = &args;
2702
2703                 pr_warn("%pV", &vaf);
2704
2705                 va_end(args);
2706         }
2707
2708         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:0x%x\n",
2709                 current->comm, order, gfp_mask);
2710
2711         dump_stack();
2712         if (!should_suppress_show_mem())
2713                 show_mem(filter);
2714 }
2715
2716 static inline struct page *
2717 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2718         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2719 {
2720         struct oom_control oc = {
2721                 .zonelist = ac->zonelist,
2722                 .nodemask = ac->nodemask,
2723                 .gfp_mask = gfp_mask,
2724                 .order = order,
2725         };
2726         struct page *page;
2727
2728         *did_some_progress = 0;
2729
2730         /*
2731          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2732          * making progress for us.
2733          */
2734         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2735                 *did_some_progress = 1;
2736                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2737                 return NULL;
2738         }
2739
2740         /*
2741          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2742          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2743          * we're still under heavy pressure.
2744          */
2745         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2746                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2747         if (page)
2748                 goto out;
2749
2750         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2751                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2752                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2753                         goto out;
2754                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2755                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2756                         goto out;
2757                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2758                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2759                         goto out;
2760                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2761                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2762                         /*
2763                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2764                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2765                          * keep looping as per tradition.
2766                          */
2767                         *did_some_progress = 1;
2768                         goto out;
2769                 }
2770                 if (pm_suspended_storage())
2771                         goto out;
2772                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2773                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2774                         goto out;
2775         }
2776         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2777         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2778                 *did_some_progress = 1;
2779 out:
2780         mutex_unlock(&oom_lock);
2781         return page;
2782 }
2783
2784 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2785 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2786 static 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         unsigned long compact_result;
2793         struct page *page;
2794
2795         if (!order)
2796                 return NULL;
2797
2798         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2799         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2800                                                 mode, contended_compaction);
2801         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2802
2803         switch (compact_result) {
2804         case COMPACT_DEFERRED:
2805                 *deferred_compaction = true;
2806                 /* fall-through */
2807         case COMPACT_SKIPPED:
2808                 return NULL;
2809         default:
2810                 break;
2811         }
2812
2813         /*
2814          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2815          * count a compaction stall
2816          */
2817         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2818
2819         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2820                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2821
2822         if (page) {
2823                 struct zone *zone = page_zone(page);
2824
2825                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2826                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2827                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2828                 return page;
2829         }
2830
2831         /*
2832          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2833          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2834          */
2835         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2836
2837         cond_resched();
2838
2839         return NULL;
2840 }
2841 #else
2842 static inline struct page *
2843 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2844                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2845                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2846                 bool *deferred_compaction)
2847 {
2848         return NULL;
2849 }
2850 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2851
2852 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2853 static int
2854 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2855                                         const struct alloc_context *ac)
2856 {
2857         struct reclaim_state reclaim_state;
2858         int progress;
2859
2860         cond_resched();
2861
2862         /* We now go into synchronous reclaim */
2863         cpuset_memory_pressure_bump();
2864         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2865         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2866         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2867         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2868
2869         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2870                                                                 ac->nodemask);
2871
2872         current->reclaim_state = NULL;
2873         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2874         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2875
2876         cond_resched();
2877
2878         return progress;
2879 }
2880
2881 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2882 static inline struct page *
2883 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2884                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2885                 unsigned long *did_some_progress)
2886 {
2887         struct page *page = NULL;
2888         bool drained = false;
2889
2890         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2891         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2892                 return NULL;
2893
2894 retry:
2895         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2896                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2897
2898         /*
2899          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2900          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
2901          * Shrink them them and try again
2902          */
2903         if (!page && !drained) {
2904                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
2905                 drain_all_pages(NULL);
2906                 drained = true;
2907                 goto retry;
2908         }
2909
2910         return page;
2911 }
2912
2913 /*
2914  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2915  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2916  */
2917 static inline struct page *
2918 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2919                                 const struct alloc_context *ac)
2920 {
2921         struct page *page;
2922
2923         do {
2924                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2925                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2926
2927                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2928                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2929                                                                         HZ/50);
2930         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2931
2932         return page;
2933 }
2934
2935 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2936 {
2937         struct zoneref *z;
2938         struct zone *zone;
2939
2940         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2941                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2942                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2943 }
2944
2945 static inline int
2946 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2947 {
2948         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2949
2950         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2951         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2952
2953         /*
2954          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2955          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2956          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2957          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2958          */
2959         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2960
2961         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
2962                 /*
2963                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2964                  * if it can't schedule.
2965                  */
2966                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2967                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2968                 /*
2969                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2970                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2971                  */
2972                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2973         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2974                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2975
2976         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2977                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2978                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2979                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2980                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2981                 else if (!in_interrupt() &&
2982                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2983                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2984                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2985         }
2986 #ifdef CONFIG_CMA
2987         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2988                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2989 #endif
2990         return alloc_flags;
2991 }
2992
2993 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2994 {
2995         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2996 }
2997
2998 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
2999 {
3000         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3001 }
3002
3003 static inline struct page *
3004 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3005                                                 struct alloc_context *ac)
3006 {
3007         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3008         struct page *page = NULL;
3009         int alloc_flags;
3010         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3011         unsigned long did_some_progress;
3012         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3013         bool deferred_compaction = false;
3014         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3015
3016         /*
3017          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3018          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3019          * be using allocators in order of preference for an area that is
3020          * too large.
3021          */
3022         if (order >= MAX_ORDER) {
3023                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3024                 return NULL;
3025         }
3026
3027         /*
3028          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3029          * callers that are not in atomic context.
3030          */
3031         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3032                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3033                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3034
3035         /*
3036          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3037          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3038          * speculative node-specific allocation.
3039          */
3040         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3041                 goto nopage;
3042
3043 retry:
3044         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3045                 wake_all_kswapds(order, ac);
3046
3047         /*
3048          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3049          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3050          * to how we want to proceed.
3051          */
3052         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3053
3054         /*
3055          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3056          * cpusets.
3057          */
3058         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3059                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3060                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3061                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3062                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3063         }
3064
3065         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3066         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3067                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3068         if (page)
3069                 goto got_pg;
3070
3071         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3072         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3073                 /*
3074                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3075                  * the allocation is high priority and these type of
3076                  * allocations are system rather than user orientated
3077                  */
3078                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3079
3080                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3081
3082                 if (page) {
3083                         goto got_pg;
3084                 }
3085         }
3086
3087         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3088         if (!can_direct_reclaim) {
3089                 /*
3090                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3091                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3092                  * type of allocation to fail.
3093                  */
3094                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3095                 goto nopage;
3096         }
3097
3098         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3099         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3100                 goto nopage;
3101
3102         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3103         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3104                 goto nopage;
3105
3106         /*
3107          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3108          * attempts after direct reclaim are synchronous
3109          */
3110         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3111                                         migration_mode,
3112                                         &contended_compaction,
3113                                         &deferred_compaction);
3114         if (page)
3115                 goto got_pg;
3116
3117         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3118         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3119                 /*
3120                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3121                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3122                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3123                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3124                  * instead of entering direct reclaim.
3125                  */
3126                 if (deferred_compaction)
3127                         goto nopage;
3128
3129                 /*
3130                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3131                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3132                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3133                  * so we fallback to base pages instead.
3134                  */
3135                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3136                         goto nopage;
3137
3138                 /*
3139                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3140                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3141                  * khugepaged trying to collapse.
3142                  */
3143                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3144                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3145                         goto nopage;
3146         }
3147
3148         /*
3149          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3150          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3151          * khugepaged trying to collapse.
3152          */
3153         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3154                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3155
3156         /* Try direct reclaim and then allocating */
3157         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3158                                                         &did_some_progress);
3159         if (page)
3160                 goto got_pg;
3161
3162         /* Do not loop if specifically requested */
3163         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3164                 goto noretry;
3165
3166         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3167         pages_reclaimed += did_some_progress;
3168         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3169             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3170                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3171                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3172                 goto retry;
3173         }
3174
3175         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3176         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3177         if (page)
3178                 goto got_pg;
3179
3180         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3181         if (did_some_progress)
3182                 goto retry;
3183
3184 noretry:
3185         /*
3186          * High-order allocations do not necessarily loop after
3187          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3188          * being called after reclaim so call directly if necessary
3189          */
3190         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3191                                             ac, migration_mode,
3192                                             &contended_compaction,
3193                                             &deferred_compaction);
3194         if (page)
3195                 goto got_pg;
3196 nopage:
3197         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3198 got_pg:
3199         return page;
3200 }
3201
3202 /*
3203  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3204  */
3205 struct page *
3206 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3207                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3208 {
3209         struct zoneref *preferred_zoneref;
3210         struct page *page = NULL;
3211         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3212         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3213         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3214         struct alloc_context ac = {
3215                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3216                 .nodemask = nodemask,
3217                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3218         };
3219
3220         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3221
3222         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3223
3224         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3225
3226         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3227                 return NULL;
3228
3229         /*
3230          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3231          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3232          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3233          */
3234         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3235                 return NULL;
3236
3237         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3238                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3239
3240 retry_cpuset:
3241         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3242
3243         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3244         ac.zonelist = zonelist;
3245
3246         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3247         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3248
3249         /* The preferred zone is used for statistics later */
3250         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3251                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3252                                 &ac.preferred_zone);
3253         if (!ac.preferred_zone)
3254                 goto out;
3255         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3256
3257         /* First allocation attempt */
3258         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3259         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3260         if (unlikely(!page)) {
3261                 /*
3262                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3263                  * can deadlock because I/O on the device might not
3264                  * complete.
3265                  */
3266                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3267                 ac.spread_dirty_pages = false;
3268
3269                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3270         }
3271
3272         if (kmemcheck_enabled && page)
3273                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3274
3275         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3276
3277 out:
3278         /*
3279          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3280          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3281          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3282          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3283          */
3284         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3285                 goto retry_cpuset;
3286
3287         return page;
3288 }
3289 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3290
3291 /*
3292  * Common helper functions.
3293  */
3294 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3295 {
3296         struct page *page;
3297
3298         /*
3299          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3300          * a highmem page
3301          */
3302         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3303
3304         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3305         if (!page)
3306                 return 0;
3307         return (unsigned long) page_address(page);
3308 }
3309 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3310
3311 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3312 {
3313         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3314 }
3315 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3316
3317 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3318 {
3319         if (put_page_testzero(page)) {
3320                 if (order == 0)
3321                         free_hot_cold_page(page, false);
3322                 else
3323                         __free_pages_ok(page, order);
3324         }
3325 }
3326
3327 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3328
3329 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3330 {
3331         if (addr != 0) {
3332                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3333                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3334         }
3335 }
3336
3337 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3338
3339 /*
3340  * Page Fragment:
3341  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3342  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3343  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3344  *
3345  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3346  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3347  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3348  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3349  */
3350 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3351                                        gfp_t gfp_mask)
3352 {
3353         struct page *page = NULL;
3354         gfp_t gfp = gfp_mask;
3355
3356 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3357         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3358                     __GFP_NOMEMALLOC;
3359         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3360                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3361         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3362 #endif
3363         if (unlikely(!page))
3364                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3365
3366         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3367
3368         return page;
3369 }
3370
3371 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3372                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3373 {
3374         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3375         struct page *page;
3376         int offset;
3377
3378         if (unlikely(!nc->va)) {
3379 refill:
3380                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3381                 if (!page)
3382                         return NULL;
3383
3384 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3385                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3386                 size = nc->size;
3387 #endif
3388                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3389                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3390                  */
3391                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3392
3393                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3394                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3395                 nc->pagecnt_bias = size;
3396                 nc->offset = size;
3397         }
3398
3399         offset = nc->offset - fragsz;
3400         if (unlikely(offset < 0)) {
3401                 page = virt_to_page(nc->va);
3402
3403                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3404                         goto refill;
3405
3406 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3407                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3408                 size = nc->size;
3409 #endif
3410                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3411                 atomic_set(&page->_count, size);
3412
3413                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3414                 nc->pagecnt_bias = size;
3415                 offset = size - fragsz;
3416         }
3417
3418         nc->pagecnt_bias--;
3419         nc->offset = offset;
3420
3421         return nc->va + offset;
3422 }
3423 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3424
3425 /*
3426  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3427  */
3428 void __free_page_frag(void *addr)
3429 {
3430         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3431
3432         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3433                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3434 }
3435 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3436
3437 /*
3438  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3439  * of the current memory cgroup.
3440  *
3441  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3442  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3443  */
3444 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3445 {
3446         struct page *page;
3447
3448         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3449         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3450                 __free_pages(page, order);
3451                 page = NULL;
3452         }
3453         return page;
3454 }
3455
3456 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3457 {
3458         struct page *page;
3459
3460         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3461         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3462                 __free_pages(page, order);
3463                 page = NULL;
3464         }
3465         return page;
3466 }
3467
3468 /*
3469  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3470  * alloc_kmem_pages.
3471  */
3472 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3473 {
3474         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3475         __free_pages(page, order);
3476 }
3477
3478 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3479 {
3480         if (addr != 0) {
3481                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3482                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3483         }
3484 }
3485
3486 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3487                 size_t size)
3488 {
3489         if (addr) {
3490                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3491                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3492
3493                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3494                 while (used < alloc_end) {
3495                         free_page(used);
3496                         used += PAGE_SIZE;
3497                 }
3498         }
3499         return (void *)addr;
3500 }
3501
3502 /**
3503  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3504  * @size: the number of bytes to allocate
3505  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3506  *
3507  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3508  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3509  * allocate memory in power-of-two pages.
3510  *
3511  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3512  *
3513  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3514  */
3515 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3516 {
3517         unsigned int order = get_order(size);
3518         unsigned long addr;
3519
3520         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3521         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3522 }
3523 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3524
3525 /**
3526  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3527  *                         pages on a node.
3528  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3529  * @size: the number of bytes to allocate
3530  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3531  *
3532  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3533  * back.
3534  */
3535 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3536 {
3537         unsigned int order = get_order(size);
3538         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3539         if (!p)
3540                 return NULL;
3541         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3542 }
3543
3544 /**
3545  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3546  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3547  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3548  *
3549  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3550  */
3551 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3552 {
3553         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3554         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3555
3556         while (addr < end) {
3557                 free_page(addr);
3558                 addr += PAGE_SIZE;
3559         }
3560 }
3561 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3562
3563 /**
3564  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3565  * @offset: The zone index of the highest zone
3566  *
3567  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3568  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3569  * zone, the number of pages is calculated as:
3570  *     managed_pages - high_pages
3571  */
3572 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3573 {
3574         struct zoneref *z;
3575         struct zone *zone;
3576
3577         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3578         unsigned long sum = 0;
3579
3580         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3581
3582         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3583                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3584                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3585                 if (size > high)
3586                         sum += size - high;
3587         }
3588
3589         return sum;
3590 }
3591
3592 /**
3593  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3594  *
3595  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3596  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3597  */
3598 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3599 {
3600         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3601 }
3602 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3603
3604 /**
3605  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3606  *
3607  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3608  * high watermark within all zones.
3609  */
3610 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3611 {
3612         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3613 }
3614
3615 static inline void show_node(struct zone *zone)
3616 {
3617         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3618                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3619 }
3620
3621 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3622 {
3623         val->totalram = totalram_pages;
3624         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3625         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3626         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3627         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3628         val->freehigh = nr_free_highpages();
3629         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3630 }
3631
3632 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3633
3634 #ifdef CONFIG_NUMA
3635 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3636 {
3637         int zone_type;          /* needs to be signed */
3638         unsigned long managed_pages = 0;
3639         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3640
3641         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3642                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3643         val->totalram = managed_pages;
3644         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3645         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3646 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3647         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3648         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3649                         NR_FREE_PAGES);
3650 #else
3651         val->totalhigh = 0;
3652         val->freehigh = 0;
3653 #endif
3654         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3655 }
3656 #endif
3657
3658 /*
3659  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3660  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3661  */
3662 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3663 {
3664         bool ret = false;
3665         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3666
3667         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3668                 goto out;
3669
3670         do {
3671                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3672                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3673         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3674 out:
3675         return ret;
3676 }
3677
3678 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3679
3680 static void show_migration_types(unsigned char type)
3681 {
3682         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3683                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3684                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3685                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3686                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3687 #ifdef CONFIG_CMA
3688                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3689 #endif
3690 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3691                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3692 #endif
3693         };
3694         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3695         char *p = tmp;
3696         int i;
3697
3698         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3699                 if (type & (1 << i))
3700                         *p++ = types[i];
3701         }
3702
3703         *p = '\0';
3704         printk("(%s) ", tmp);
3705 }
3706
3707 /*
3708  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3709  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3710  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3711  *
3712  * Bits in @filter:
3713  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3714  *   cpuset.
3715  */
3716 void show_free_areas(unsigned int filter)
3717 {
3718         unsigned long free_pcp = 0;
3719         int cpu;
3720         struct zone *zone;
3721
3722         for_each_populated_zone(zone) {
3723                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3724                         continue;
3725
3726                 for_each_online_cpu(cpu)
3727                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3728         }
3729
3730         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3731                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3732                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3733                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3734                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3735                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3736                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3737                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3738                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3739                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3740                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3741                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3742                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3743                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3744                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3745                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3746                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3747                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3748                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3749                 global_page_state(NR_SHMEM),
3750                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3751                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3752                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3753                 free_pcp,
3754                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3755
3756         for_each_populated_zone(zone) {
3757                 int i;
3758
3759                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3760                         continue;
3761
3762                 free_pcp = 0;
3763                 for_each_online_cpu(cpu)
3764                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3765
3766                 show_node(zone);
3767                 printk("%s"
3768                         " free:%lukB"
3769                         " min:%lukB"
3770                         " low:%lukB"
3771                         " high:%lukB"
3772                         " active_anon:%lukB"
3773                         " inactive_anon:%lukB"
3774                         " active_file:%lukB"
3775                         " inactive_file:%lukB"
3776                         " unevictable:%lukB"
3777                         " isolated(anon):%lukB"
3778                         " isolated(file):%lukB"
3779                         " present:%lukB"
3780                         " managed:%lukB"
3781                         " mlocked:%lukB"
3782                         " dirty:%lukB"
3783                         " writeback:%lukB"
3784                         " mapped:%lukB"
3785                         " shmem:%lukB"
3786                         " slab_reclaimable:%lukB"
3787                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3788                         " kernel_stack:%lukB"
3789                         " pagetables:%lukB"
3790                         " unstable:%lukB"
3791                         " bounce:%lukB"
3792                         " free_pcp:%lukB"
3793                         " local_pcp:%ukB"
3794                         " free_cma:%lukB"
3795                         " writeback_tmp:%lukB"
3796                         " pages_scanned:%lu"
3797                         " all_unreclaimable? %s"
3798                         "\n",
3799                         zone->name,
3800                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3801                         K(min_wmark_pages(zone)),
3802                         K(low_wmark_pages(zone)),
3803                         K(high_wmark_pages(zone)),
3804                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3805                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3806                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3807                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3808                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3809                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3810                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3811                         K(zone->present_pages),
3812                         K(zone->managed_pages),
3813                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3814                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3815                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3816                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3817                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3818                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3819                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3820                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3821                                 THREAD_SIZE / 1024,
3822                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3823                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3824                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3825                         K(free_pcp),
3826                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3827                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3828                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3829                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3830                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3831                         );
3832                 printk("lowmem_reserve[]:");
3833                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3834                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3835                 printk("\n");
3836         }
3837
3838         for_each_populated_zone(zone) {
3839                 unsigned int order;
3840                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3841                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3842
3843                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3844                         continue;
3845                 show_node(zone);
3846                 printk("%s: ", zone->name);
3847
3848                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3849                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3850                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3851                         int type;
3852
3853                         nr[order] = area->nr_free;
3854                         total += nr[order] << order;
3855
3856                         types[order] = 0;
3857                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3858                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3859                                         types[order] |= 1 << type;
3860                         }
3861                 }
3862                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3863                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3864                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3865                         if (nr[order])
3866                                 show_migration_types(types[order]);
3867                 }
3868                 printk("= %lukB\n", K(total));
3869         }
3870
3871         hugetlb_show_meminfo();
3872
3873         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3874
3875         show_swap_cache_info();
3876 }
3877
3878 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3879 {
3880         zoneref->zone = zone;
3881         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3882 }
3883
3884 /*
3885  * Builds allocation fallback zone lists.
3886  *
3887  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3888  */
3889 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3890                                 int nr_zones)
3891 {
3892         struct zone *zone;
3893         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3894
3895         do {
3896                 zone_type--;
3897                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3898                 if (populated_zone(zone)) {
3899                         zoneref_set_zone(zone,
3900                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3901                         check_highest_zone(zone_type);
3902                 }
3903         } while (zone_type);
3904
3905         return nr_zones;
3906 }
3907
3908
3909 /*
3910  *  zonelist_order:
3911  *  0 = automatic detection of better ordering.
3912  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3913  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3914  *
3915  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3916  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3917  */
3918 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3919 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3920 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3921
3922 /* zonelist order in the kernel.
3923  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3924  */
3925 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3926 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3927
3928
3929 #ifdef CONFIG_NUMA
3930 /* The value user specified ....changed by config */
3931 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3932 /* string for sysctl */
3933 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3934 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3935
3936 /*
3937  * interface for configure zonelist ordering.
3938  * command line option "numa_zonelist_order"
3939  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3940  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3941  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3942  */
3943
3944 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3945 {
3946         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3947                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3948         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3949                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3950         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3951                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3952         } else {
3953                 printk(KERN_WARNING
3954                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3955                         "%s\n", s);
3956                 return -EINVAL;
3957         }
3958         return 0;
3959 }
3960
3961 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3962 {
3963         int ret;
3964
3965         if (!s)
3966                 return 0;
3967
3968         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3969         if (ret == 0)
3970                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3971
3972         return ret;
3973 }
3974 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3975
3976 /*
3977  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3978  */
3979 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3980                 void __user *buffer, size_t *length,
3981                 loff_t *ppos)
3982 {
3983         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3984         int ret;
3985         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3986
3987         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3988         if (write) {
3989                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3990                         ret = -EINVAL;
3991                         goto out;
3992                 }
3993                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3994         }
3995         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3996         if (ret)
3997                 goto out;
3998         if (write) {
3999                 int oldval = user_zonelist_order;
4000
4001                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4002                 if (ret) {
4003                         /*
4004                          * bogus value.  restore saved string
4005                          */
4006                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4007                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4008                         user_zonelist_order = oldval;
4009                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4010                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4011                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4012                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4013                 }
4014         }
4015 out:
4016         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4017         return ret;
4018 }
4019
4020
4021 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4022 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4023
4024 /**
4025  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4026  * @node: node whose fallback list we're appending
4027  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4028  *
4029  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4030  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4031  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4032  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4033  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4034  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4035  * on them otherwise.
4036  * It returns -1 if no node is found.
4037  */
4038 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4039 {
4040         int n, val;
4041         int min_val = INT_MAX;
4042         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4043         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4044
4045         /* Use the local node if we haven't already */
4046         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4047                 node_set(node, *used_node_mask);
4048                 return node;
4049         }
4050
4051         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4052
4053                 /* Don't want a node to appear more than once */
4054                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4055                         continue;
4056
4057                 /* Use the distance array to find the distance */
4058                 val = node_distance(node, n);
4059
4060                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4061                 val += (n < node);
4062
4063                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4064                 tmp = cpumask_of_node(n);
4065                 if (!cpumask_empty(tmp))
4066                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4067
4068                 /* Slight preference for less loaded node */
4069                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4070                 val += node_load[n];
4071
4072                 if (val < min_val) {
4073                         min_val = val;
4074                         best_node = n;
4075                 }
4076         }
4077
4078         if (best_node >= 0)
4079                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4080
4081         return best_node;
4082 }
4083
4084
4085 /*
4086  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4087  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4088  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4089  */
4090 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4091 {
4092         int j;
4093         struct zonelist *zonelist;
4094
4095         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4096         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4097                 ;
4098         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4099         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4100         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4101 }
4102
4103 /*
4104  * Build gfp_thisnode zonelists
4105  */
4106 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4107 {
4108         int j;
4109         struct zonelist *zonelist;
4110
4111         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4112         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4113         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4114         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4115 }
4116
4117 /*
4118  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4119  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4120  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4121  * may still exist in local DMA zone.
4122  */
4123 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4124
4125 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4126 {
4127         int pos, j, node;
4128         int zone_type;          /* needs to be signed */
4129         struct zone *z;
4130         struct zonelist *zonelist;
4131
4132         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4133         pos = 0;
4134         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4135                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4136                         node = node_order[j];
4137                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4138                         if (populated_zone(z)) {
4139                                 zoneref_set_zone(z,
4140                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4141                                 check_highest_zone(zone_type);
4142                         }
4143                 }
4144         }
4145         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4146         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4147 }
4148
4149 #if defined(CONFIG_64BIT)
4150 /*
4151  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4152  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4153  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4154  */
4155 static int default_zonelist_order(void)
4156 {
4157         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4158 }
4159 #else
4160 /*
4161  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4162  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4163  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4164  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4165  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4166  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4167  */
4168 static int default_zonelist_order(void)
4169 {
4170         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4171 }
4172 #endif /* CONFIG_64BIT */
4173
4174 static void set_zonelist_order(void)
4175 {
4176         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4177                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4178         else
4179                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4180 }
4181
4182 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4183 {
4184         int j, node, load;
4185         enum zone_type i;
4186         nodemask_t used_mask;
4187         int local_node, prev_node;
4188         struct zonelist *zonelist;
4189         unsigned int order = current_zonelist_order;
4190
4191         /* initialize zonelists */
4192         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4193                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4194                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4195                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4196         }
4197
4198         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4199         local_node = pgdat->node_id;
4200         load = nr_online_nodes;
4201         prev_node = local_node;
4202         nodes_clear(used_mask);
4203
4204         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4205         j = 0;
4206
4207         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4208                 /*
4209                  * We don't want to pressure a particular node.
4210                  * So adding penalty to the first node in same
4211                  * distance group to make it round-robin.
4212                  */
4213                 if (node_distance(local_node, node) !=
4214                     node_distance(local_node, prev_node))
4215                         node_load[node] = load;
4216
4217                 prev_node = node;
4218                 load--;
4219                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4220                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4221                 else
4222                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4223         }
4224
4225         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4226                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4227                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4228         }
4229
4230         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4231 }
4232
4233 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4234 /*
4235  * Return node id of node used for "local" allocations.
4236  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4237  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4238  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4239  */
4240 int local_memory_node(int node)
4241 {
4242         struct zone *zone;
4243
4244         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4245                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4246                                    NULL,
4247                                    &zone);
4248         return zone->node;
4249 }
4250 #endif
4251
4252 #else   /* CONFIG_NUMA */
4253
4254 static void set_zonelist_order(void)
4255 {
4256         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4257 }
4258
4259 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4260 {
4261         int node, local_node;
4262         enum zone_type j;
4263         struct zonelist *zonelist;
4264
4265         local_node = pgdat->node_id;
4266
4267         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4268         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4269
4270         /*
4271          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4272          * of all the other nodes.
4273          * We don't want to pressure a particular node, so when
4274          * building the zones for node N, we make sure that the
4275          * zones coming right after the local ones are those from
4276          * node N+1 (modulo N)
4277          */
4278         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4279                 if (!node_online(node))
4280                         continue;
4281                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4282         }
4283         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4284                 if (!node_online(node))
4285                         continue;
4286                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4287         }
4288
4289         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4290         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4291 }
4292
4293 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4294
4295 /*
4296  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4297  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4298  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4299  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4300  * with interrupts disabled.
4301  *
4302  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4303  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4304  * hotplugged processors.
4305  *
4306  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4307  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4308  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4309  */
4310 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4311 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4312 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4313
4314 /*
4315  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4316  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4317  */
4318 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4319
4320 /* return values int ....just for stop_machine() */
4321 static int __build_all_zonelists(void *data)
4322 {
4323         int nid;
4324         int cpu;
4325         pg_data_t *self = data;
4326
4327 #ifdef CONFIG_NUMA
4328         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4329 #endif
4330
4331         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4332                 build_zonelists(self);
4333         }
4334
4335         for_each_online_node(nid) {
4336                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4337
4338                 build_zonelists(pgdat);
4339         }
4340
4341         /*
4342          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4343          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4344          * each zone will be allocated later when the per cpu
4345          * allocator is available.
4346          *
4347          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4348          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4349          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4350          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4351          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4352          * (a chicken-egg dilemma).
4353          */
4354         for_each_possible_cpu(cpu) {
4355                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4356
4357 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4358                 /*
4359                  * We now know the "local memory node" for each node--
4360                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4361                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4362                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4363                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4364                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4365                  */
4366                 if (cpu_online(cpu))
4367                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4368 #endif
4369         }
4370
4371         return 0;
4372 }
4373
4374 static noinline void __init
4375 build_all_zonelists_init(void)
4376 {
4377         __build_all_zonelists(NULL);
4378         mminit_verify_zonelist();
4379         cpuset_init_current_mems_allowed();
4380 }
4381
4382 /*
4383  * Called with zonelists_mutex held always
4384  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4385  *
4386  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4387  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4388  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4389  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4390  */
4391 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4392 {
4393         set_zonelist_order();
4394
4395         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4396                 build_all_zonelists_init();
4397         } else {
4398 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4399                 if (zone)
4400                         setup_zone_pageset(zone);
4401 #endif
4402                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4403                    of zonelist */
4404                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4405                 /* cpuset refresh routine should be here */
4406         }
4407         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4408         /*
4409          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4410          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4411          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4412          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4413          * disabled and enable it later
4414          */
4415         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4416                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4417         else
4418                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4419
4420         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4421                 "Total pages: %ld\n",
4422                         nr_online_nodes,
4423                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4424                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4425                         vm_total_pages);
4426 #ifdef CONFIG_NUMA
4427         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4428 #endif
4429 }
4430
4431 /*
4432  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4433  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4434  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4435  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4436  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4437  * conservative, even though it seems large.
4438  *
4439  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4440  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4441  */
4442 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4443
4444 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4445 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4446 {
4447         unsigned long size = 1;
4448
4449         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4450
4451         while (size < pages)
4452                 size <<= 1;
4453
4454         /*
4455          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4456          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4457          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4458          */
4459         size = min(size, 4096UL);
4460
4461         return max(size, 4UL);
4462 }
4463 #else
4464 /*
4465  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4466  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4467  *
4468  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4469  *
4470  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4471  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4472  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4473  *
4474  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4475  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4476  *
4477  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4478  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4479  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4480  */
4481 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4482 {
4483         return 4096UL;
4484 }
4485 #endif
4486
4487 /*
4488  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4489  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4490  * hash function before the remainder is taken.
4491  */
4492 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4493 {
4494         return ffz(~size);
4495 }
4496
4497 /*
4498  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4499  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4500  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4501  */
4502 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4503                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4504 {
4505         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4506         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4507         unsigned long pfn;
4508         struct zone *z;
4509         unsigned long nr_initialised = 0;
4510
4511         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4512                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4513
4514         z = &pgdat->node_zones[zone];
4515         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4516                 /*
4517                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4518                  * handed to this function.  They do not
4519                  * exist on hotplugged memory.
4520                  */
4521                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4522                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4523                                 continue;
4524                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4525                                 continue;
4526                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4527                                                 &nr_initialised))
4528                                 break;
4529                 }
4530
4531                 /*
4532                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4533                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4534                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4535                  * the address space during boot when many long-lived
4536                  * kernel allocations are made.
4537                  *
4538                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4539                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4540                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4541                  * pfn out of zone.
4542                  */
4543                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4544                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4545
4546                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4547                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4548                 } else {
4549                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4550                 }
4551         }
4552 }
4553
4554 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4555 {
4556         unsigned int order, t;
4557         for_each_migratetype_order(order, t) {
4558                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4559                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4560         }
4561 }
4562
4563 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4564 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4565         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4566 #endif
4567
4568 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4569 {
4570 #ifdef CONFIG_MMU
4571         int batch;
4572
4573         /*
4574          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4575          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4576          *
4577          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4578          */
4579         batch = zone->managed_pages / 1024;
4580         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4581                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4582         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4583         if (batch < 1)
4584                 batch = 1;
4585
4586         /*
4587          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4588          * of 2 value was found to be more likely to have
4589          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4590          *
4591          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4592          * batches of pages, one task can end up with a lot
4593          * of pages of one half of the possible page colors
4594          * and the other with pages of the other colors.
4595          */
4596         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4597
4598         return batch;
4599
4600 #else
4601         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4602          * conditions.
4603          *
4604          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4605          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4606          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4607          *
4608          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4609          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4610          * can be a significant delay between the individual batches being
4611          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4612          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4613          */
4614         return 0;
4615 #endif
4616 }
4617
4618 /*
4619  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4620  * ->batch must never be higher then ->high.
4621  * The following function updates them in a safe manner without read side
4622  * locking.
4623  *
4624  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4625  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4626  *
4627  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4628  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4629  * exist).
4630  */
4631 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4632                 unsigned long batch)
4633 {
4634        /* start with a fail safe value for batch */
4635         pcp->batch = 1;
4636         smp_wmb();
4637
4638        /* Update high, then batch, in order */
4639         pcp->high = high;
4640         smp_wmb();
4641
4642         pcp->batch = batch;
4643 }
4644
4645 /* a companion to pageset_set_high() */
4646 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4647 {
4648         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4649 }
4650
4651 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4652 {
4653         struct per_cpu_pages *pcp;
4654         int migratetype;
4655
4656         memset(p, 0, sizeof(*p));
4657
4658         pcp = &p->pcp;
4659         pcp->count = 0;
4660         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4661                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4662 }
4663
4664 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4665 {
4666         pageset_init(p);
4667         pageset_set_batch(p, batch);
4668 }
4669
4670 /*
4671  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4672  * to the value high for the pageset p.
4673  */
4674 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4675                                 unsigned long high)
4676 {
4677         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4678         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4679                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4680
4681         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4682 }
4683
4684 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4685                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4686 {
4687         if (percpu_pagelist_fraction)
4688                 pageset_set_high(pcp,
4689                         (zone->managed_pages /
4690                                 percpu_pagelist_fraction));
4691         else
4692                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4693 }
4694
4695 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4696 {
4697         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4698
4699         pageset_init(pcp);
4700         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4701 }
4702
4703 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4704 {
4705         int cpu;
4706         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4707         for_each_possible_cpu(cpu)
4708                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4709 }
4710
4711 /*
4712  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4713  * Before this call only boot pagesets were available.
4714  */
4715 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4716 {
4717         struct zone *zone;
4718
4719         for_each_populated_zone(zone)
4720                 setup_zone_pageset(zone);
4721 }
4722
4723 static noinline __init_refok
4724 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4725 {
4726         int i;
4727         size_t alloc_size;
4728
4729         /*
4730          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4731          * per zone.
4732          */
4733         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4734                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4735         zone->wait_table_bits =
4736                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4737         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4738                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4739
4740         if (!slab_is_available()) {
4741                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4742                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4743                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4744         } else {
4745                 /*
4746                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4747                  * via memory hot-add.
4748                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4749                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4750                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4751                  * node itself as well.
4752                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4753                  * necessary.
4754                  */
4755                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4756         }
4757         if (!zone->wait_table)
4758                 return -ENOMEM;
4759
4760         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4761                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4762
4763         return 0;
4764 }
4765
4766 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4767 {
4768         /*
4769          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4770          * relies on the ability of the linker to provide the
4771          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4772          */
4773         zone->pageset = &boot_pageset;
4774
4775         if (populated_zone(zone))
4776                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4777                         zone->name, zone->present_pages,
4778                                          zone_batchsize(zone));
4779 }
4780
4781 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4782                                         unsigned long zone_start_pfn,
4783                                         unsigned long size)
4784 {
4785         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4786         int ret;
4787         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4788         if (ret)
4789                 return ret;
4790         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4791
4792         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4793
4794         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4795                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4796                         pgdat->node_id,
4797                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4798                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4799
4800         zone_init_free_lists(zone);
4801
4802         return 0;
4803 }
4804
4805 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4806 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4807
4808 /*
4809  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4810  */
4811 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4812                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4813 {
4814         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4815         int nid;
4816
4817         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4818                 return state->last_nid;
4819
4820         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4821         if (nid != -1) {
4822                 state->last_start = start_pfn;
4823                 state->last_end = end_pfn;
4824                 state->last_nid = nid;
4825         }
4826
4827         return nid;
4828 }
4829 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4830
4831 /**
4832  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4833  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4834  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4835  *
4836  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4837  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4838  * memblock_free_early_nid() manually.
4839  */
4840 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4841 {
4842         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4843         int i, this_nid;
4844
4845         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4846                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4847                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4848
4849                 if (start_pfn < end_pfn)
4850                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4851                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4852                                         this_nid);
4853         }
4854 }
4855
4856 /**
4857  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4858  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4859  *
4860  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4861  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4862  */
4863 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4864 {
4865         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4866         int i, this_nid;
4867
4868         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4869                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4870 }
4871
4872 /**
4873  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4874  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4875  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4876  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4877  *
4878  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4879  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4880  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4881  * PFNs will be 0.
4882  */
4883 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4884                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4885 {
4886         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4887         int i;
4888
4889         *start_pfn = -1UL;
4890         *end_pfn = 0;
4891
4892         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4893                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4894                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4895         }
4896
4897         if (*start_pfn == -1UL)
4898                 *start_pfn = 0;
4899 }
4900
4901 /*
4902  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4903  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4904  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4905  */
4906 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4907 {
4908         int zone_index;
4909         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4910                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4911                         continue;
4912
4913                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4914                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4915                         break;
4916         }
4917
4918         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4919         movable_zone = zone_index;
4920 }
4921
4922 /*
4923  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4924  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4925  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4926  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4927  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4928  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4929  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4930  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4931  */
4932 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4933                                         unsigned long zone_type,
4934                                         unsigned long node_start_pfn,
4935                                         unsigned long node_end_pfn,
4936                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4937                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4938 {
4939         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4940         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4941                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4942                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4943                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4944                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4945                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4946
4947                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4948                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4949                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4950                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4951
4952                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4953                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4954                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4955         }
4956 }
4957
4958 /*
4959  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4960  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4961  */
4962 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4963                                         unsigned long zone_type,
4964                                         unsigned long node_start_pfn,
4965                                         unsigned long node_end_pfn,
4966                                         unsigned long *ignored)
4967 {
4968         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4969
4970         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
4971         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
4972                 return 0;
4973
4974         /* Get the start and end of the zone */
4975         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4976         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4977         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4978                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4979                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4980
4981         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4982         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4983                 return 0;
4984
4985         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4986         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4987         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4988
4989         /* Return the spanned pages */
4990         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4991 }
4992
4993 /*
4994  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4995  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4996  */
4997 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4998                                 unsigned long range_start_pfn,
4999                                 unsigned long range_end_pfn)
5000 {
5001         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5002         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5003         int i;
5004
5005         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5006                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5007                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5008                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5009         }
5010         return nr_absent;
5011 }
5012
5013 /**
5014  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5015  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5016  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5017  *
5018  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5019  */
5020 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5021                                                         unsigned long end_pfn)
5022 {
5023         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5024 }
5025
5026 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5027 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5028                                         unsigned long zone_type,
5029                                         unsigned long node_start_pfn,
5030                                         unsigned long node_end_pfn,
5031                                         unsigned long *ignored)
5032 {
5033         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5034         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5035         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5036
5037         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5038         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5039                 return 0;
5040
5041         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5042         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5043
5044         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5045                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5046                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5047         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5048 }
5049
5050 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5051 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5052                                         unsigned long zone_type,
5053                                         unsigned long node_start_pfn,
5054                                         unsigned long node_end_pfn,
5055                                         unsigned long *zones_size)
5056 {
5057         return zones_size[zone_type];
5058 }
5059
5060 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5061                                                 unsigned long zone_type,
5062                                                 unsigned long node_start_pfn,
5063                                                 unsigned long node_end_pfn,
5064                                                 unsigned long *zholes_size)
5065 {
5066         if (!zholes_size)
5067                 return 0;
5068
5069         return zholes_size[zone_type];
5070 }
5071
5072 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5073
5074 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5075                                                 unsigned long node_start_pfn,
5076                                                 unsigned long node_end_pfn,
5077                                                 unsigned long *zones_size,
5078                                                 unsigned long *zholes_size)
5079 {
5080         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5081         enum zone_type i;
5082
5083         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5084                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5085                 unsigned long size, real_size;
5086
5087                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5088                                                   node_start_pfn,
5089                                                   node_end_pfn,
5090                                                   zones_size);
5091                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5092                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5093                                                   zholes_size);
5094                 zone->spanned_pages = size;
5095                 zone->present_pages = real_size;
5096
5097                 totalpages += size;
5098                 realtotalpages += real_size;
5099         }
5100
5101         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5102         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5103         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5104                                                         realtotalpages);
5105 }
5106
5107 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5108 /*
5109  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5110  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5111  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5112  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5113  * bytes.
5114  */
5115 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5116 {
5117         unsigned long usemapsize;
5118
5119         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5120         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5121         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5122         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5123         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5124
5125         return usemapsize / 8;
5126 }
5127
5128 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5129                                 struct zone *zone,
5130                                 unsigned long zone_start_pfn,
5131                                 unsigned long zonesize)
5132 {
5133         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5134         zone->pageblock_flags = NULL;
5135         if (usemapsize)
5136                 zone->pageblock_flags =
5137                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5138                                                          pgdat->node_id);
5139 }
5140 #else
5141 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5142                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5143 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5144
5145 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5146
5147 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5148 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5149 {
5150         unsigned int order;
5151
5152         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5153         if (pageblock_order)
5154                 return;
5155
5156         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5157                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5158         else
5159                 order = MAX_ORDER - 1;
5160
5161         /*
5162          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5163          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5164          * powerpc.
5165          */
5166         pageblock_order = order;
5167 }
5168 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5169
5170 /*
5171  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5172  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5173  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5174  * the kernel config
5175  */
5176 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5177 {
5178 }
5179
5180 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5181
5182 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5183                                                    unsigned long present_pages)
5184 {
5185         unsigned long pages = spanned_pages;
5186
5187         /*
5188          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5189          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5190          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5191          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5192          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5193          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5194          */
5195         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5196             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5197                 pages = present_pages;
5198
5199         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5200 }
5201
5202 /*
5203  * Set up the zone data structures:
5204  *   - mark all pages reserved
5205  *   - mark all memory queues empty
5206  *   - clear the memory bitmaps
5207  *
5208  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5209  */
5210 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5211 {
5212         enum zone_type j;
5213         int nid = pgdat->node_id;
5214         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5215         int ret;
5216
5217         pgdat_resize_init(pgdat);
5218 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5219         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5220         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5221         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5222 #endif
5223         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5224         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5225         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5226
5227         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5228                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5229                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5230
5231                 size = zone->spanned_pages;
5232                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5233
5234                 /*
5235                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5236                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5237                  * and per-cpu initialisations
5238                  */
5239                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5240                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5241                         if (freesize >= memmap_pages) {
5242                                 freesize -= memmap_pages;
5243                                 if (memmap_pages)
5244                                         printk(KERN_DEBUG
5245                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5246                                                zone_names[j], memmap_pages);
5247                         } else
5248                                 printk(KERN_WARNING
5249                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5250                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5251                 }
5252
5253                 /* Account for reserved pages */
5254                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5255                         freesize -= dma_reserve;
5256                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5257                                         zone_names[0], dma_reserve);
5258                 }
5259
5260                 if (!is_highmem_idx(j))
5261                         nr_kernel_pages += freesize;
5262                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5263                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5264                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5265                 nr_all_pages += freesize;
5266
5267                 /*
5268                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5269                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5270                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5271                  */
5272                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5273 #ifdef CONFIG_NUMA
5274                 zone->node = nid;
5275                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5276                                                 / 100;
5277                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5278 #endif
5279                 zone->name = zone_names[j];
5280                 spin_lock_init(&zone->lock);
5281                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5282                 zone_seqlock_init(zone);
5283                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5284                 zone_pcp_init(zone);
5285
5286                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5287                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5288
5289                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5290                 if (!size)
5291                         continue;
5292
5293                 set_pageblock_order();
5294                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5295                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5296                 BUG_ON(ret);
5297                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5298                 zone_start_pfn += size;
5299         }
5300 }
5301
5302 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5303 {
5304         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5305         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5306
5307         /* Skip empty nodes */
5308         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5309                 return;
5310
5311 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5312         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5313         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5314         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5315         if (!pgdat->node_mem_map) {
5316                 unsigned long size, end;
5317                 struct page *map;
5318
5319                 /*
5320                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5321                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5322                  * for the buddy allocator to function correctly.
5323                  */
5324                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5325                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5326                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5327                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5328                 if (!map)
5329                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5330                                                                pgdat->node_id);
5331                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5332         }
5333 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5334         /*
5335          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5336          */
5337         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5338                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5339 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5340                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5341                         mem_map -= offset;
5342 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5343         }
5344 #endif
5345 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5346 }
5347
5348 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5349                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5350 {
5351         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5352         unsigned long start_pfn = 0;
5353         unsigned long end_pfn = 0;
5354
5355         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5356         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5357
5358         reset_deferred_meminit(pgdat);
5359         pgdat->node_id = nid;
5360         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5361 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5362         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5363         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5364                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5365                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5366 #endif
5367         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5368                                   zones_size, zholes_size);
5369
5370         alloc_node_mem_map(pgdat);
5371 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5372         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5373                 nid, (unsigned long)pgdat,
5374                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5375 #endif
5376
5377         free_area_init_core(pgdat);
5378 }
5379
5380 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5381
5382 #if MAX_NUMNODES > 1
5383 /*
5384  * Figure out the number of possible node ids.
5385  */
5386 void __init setup_nr_node_ids(void)
5387 {
5388         unsigned int highest;
5389
5390         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5391         nr_node_ids = highest + 1;
5392 }
5393 #endif
5394
5395 /**
5396  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5397  *
5398  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5399  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5400  * all the nodes.
5401  *
5402  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5403  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5404  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5405  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5406  *
5407  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5408  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5409  * populated node map.
5410  *
5411  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5412  * requirement (single node).
5413  */
5414 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5415 {
5416         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5417         unsigned long start, end, mask;
5418         int last_nid = -1;
5419         int i, nid;
5420
5421         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5422                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5423                         last_nid = nid;
5424                         last_end = end;
5425                         continue;
5426                 }
5427
5428                 /*
5429                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5430                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5431                  * too coarse to separate the current node from the last.
5432                  */
5433                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5434                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5435                         mask <<= 1;
5436
5437                 /* accumulate all internode masks */
5438                 accl_mask |= mask;
5439         }
5440
5441         /* convert mask to number of pages */
5442         return ~accl_mask + 1;
5443 }
5444
5445 /* Find the lowest pfn for a node */
5446 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5447 {
5448         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5449         unsigned long start_pfn;
5450         int i;
5451
5452         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5453                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5454
5455         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5456                 printk(KERN_WARNING
5457                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5458                 return 0;
5459         }
5460
5461         return min_pfn;
5462 }
5463
5464 /**
5465  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5466  *
5467  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5468  * memblock_set_node().
5469  */
5470 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5471 {
5472         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5473 }
5474
5475 /*
5476  * early_calculate_totalpages()
5477  * Sum pages in active regions for movable zone.
5478  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5479  */
5480 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5481 {
5482         unsigned long totalpages = 0;
5483         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5484         int i, nid;
5485
5486         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5487                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5488
5489                 totalpages += pages;
5490                 if (pages)
5491                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5492         }
5493         return totalpages;
5494 }
5495
5496 /*
5497  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5498  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5499  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5500  * others
5501  */
5502 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5503 {
5504         int i, nid;
5505         unsigned long usable_startpfn;
5506         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5507         /* save the state before borrow the nodemask */
5508         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5509         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5510         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5511         struct memblock_region *r;
5512
5513         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5514         find_usable_zone_for_movable();
5515
5516         /*
5517          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5518          * options.
5519          */
5520         if (movable_node_is_enabled()) {
5521                 for_each_memblock(memory, r) {
5522                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5523                                 continue;
5524
5525                         nid = r->nid;
5526
5527                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5528                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5529                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5530                                 usable_startpfn;
5531                 }
5532
5533                 goto out2;
5534         }
5535
5536         /*
5537          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5538          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5539          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5540          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5541          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5542          * what movablecore would have allowed.
5543          */
5544         if (required_movablecore) {
5545                 unsigned long corepages;
5546
5547                 /*
5548                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5549                  * was requested by the user
5550                  */
5551                 required_movablecore =
5552                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5553                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5554                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5555
5556                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5557         }
5558
5559         /*
5560          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5561          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5562          */
5563         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5564                 goto out;
5565
5566         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5567         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5568
5569 restart:
5570         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5571         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5572         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5573                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5574
5575                 /*
5576                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5577                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5578                  * amount of memory for the kernel
5579                  */
5580                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5581                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5582
5583                 /*
5584                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5585                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5586                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5587                  */
5588                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5589
5590                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5591                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5592                         unsigned long size_pages;
5593
5594                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5595                         if (start_pfn >= end_pfn)
5596                                 continue;
5597
5598                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5599                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5600                                 unsigned long kernel_pages;
5601                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5602                                                                 - start_pfn;
5603
5604                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5605                                                         kernelcore_remaining);
5606                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5607                                                         required_kernelcore);
5608
5609                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5610                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5611
5612                                         /*
5613                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5614                                          * that if we have to rebalance
5615                                          * kernelcore across nodes, we will
5616                                          * not double account here
5617                                          */
5618                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5619                                         continue;
5620                                 }
5621                                 start_pfn = usable_startpfn;
5622                         }
5623
5624                         /*
5625                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5626                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5627                          * number of pages used as kernelcore
5628                          */
5629                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5630                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5631                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5632                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5633
5634                         /*
5635                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5636                          * break if the kernelcore for this node has been
5637                          * satisfied
5638                          */
5639                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5640                                                                 size_pages);
5641                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5642                         if (!kernelcore_remaining)
5643                                 break;
5644                 }
5645         }
5646
5647         /*
5648          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5649          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5650          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5651          * satisfied
5652          */
5653         usable_nodes--;
5654         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5655                 goto restart;
5656
5657 out2:
5658         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5659         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5660                 zone_movable_pfn[nid] =
5661                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5662
5663 out:
5664         /* restore the node_state */
5665         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5666 }
5667
5668 /* Any regular or high memory on that node ? */
5669 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5670 {
5671         enum zone_type zone_type;
5672
5673         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5674                 return;
5675
5676         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5677                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5678                 if (populated_zone(zone)) {
5679                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5680                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5681                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5682                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5683                         break;
5684                 }
5685         }
5686 }
5687
5688 /**
5689  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5690  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5691  *
5692  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5693  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5694  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5695  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5696  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5697  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5698  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5699  * at arch_max_dma_pfn.
5700  */
5701 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5702 {
5703         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5704         int i, nid;
5705
5706         /* Record where the zone boundaries are */
5707         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5708                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5709         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5710                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5711         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5712         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5713         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5714                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5715                         continue;
5716                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5717                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5718                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5719                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5720         }
5721         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5722         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5723
5724         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5725         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5726         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5727
5728         /* Print out the zone ranges */
5729         pr_info("Zone ranges:\n");
5730         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5731                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5732                         continue;
5733                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5734                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5735                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5736                         pr_cont("empty\n");
5737                 else
5738                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5739                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5740                                         << PAGE_SHIFT,
5741                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5742                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5743         }
5744
5745         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5746         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5747         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5748                 if (zone_movable_pfn[i])
5749                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5750                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5751         }
5752
5753         /* Print out the early node map */
5754         pr_info("Early memory node ranges\n");
5755         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5756                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5757                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5758                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5759
5760         /* Initialise every node */
5761         mminit_verify_pageflags_layout();
5762         setup_nr_node_ids();
5763         for_each_online_node(nid) {
5764                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5765                 free_area_init_node(nid, NULL,
5766                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5767
5768                 /* Any memory on that node */
5769                 if (pgdat->node_present_pages)
5770                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5771                 check_for_memory(pgdat, nid);
5772         }
5773 }
5774
5775 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5776 {
5777         unsigned long long coremem;
5778         if (!p)
5779                 return -EINVAL;
5780
5781         coremem = memparse(p, &p);
5782         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5783
5784         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5785         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5786
5787         return 0;
5788 }
5789
5790 /*
5791  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5792  * cannot be reclaimed or migrated.
5793  */
5794 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5795 {
5796         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5797 }
5798
5799 /*
5800  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5801  * can be reclaimed or migrated.
5802  */
5803 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5804 {
5805         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5806 }
5807
5808 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5809 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5810
5811 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5812
5813 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5814 {
5815         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5816         page_zone(page)->managed_pages += count;
5817         totalram_pages += count;
5818 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5819         if (PageHighMem(page))
5820                 totalhigh_pages += count;
5821 #endif
5822         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5823 }
5824 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5825
5826 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5827 {
5828         void *pos;
5829         unsigned long pages = 0;
5830
5831         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5832         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5833         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5834                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5835                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5836                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5837         }
5838
5839         if (pages && s)
5840                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5841                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5842
5843         return pages;
5844 }
5845 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5846
5847 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5848 void free_highmem_page(struct page *page)
5849 {
5850         __free_reserved_page(page);
5851         totalram_pages++;
5852         page_zone(page)->managed_pages++;
5853         totalhigh_pages++;
5854 }
5855 #endif
5856
5857
5858 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5859 {
5860         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5861         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5862
5863         physpages = get_num_physpages();
5864         codesize = _etext - _stext;
5865         datasize = _edata - _sdata;
5866         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5867         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5868         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5869         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5870
5871         /*
5872          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5873          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5874          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5875          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5876          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5877          */
5878 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5879         do { \
5880                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5881                         size -= adj; \
5882         } while (0)
5883
5884         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5885                      _sinittext, init_code_size);
5886         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5887         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5888         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5889         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5890
5891 #undef  adj_init_size
5892
5893         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5894                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5895                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5896 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5897                ", %luK highmem"
5898 #endif
5899                "%s%s)\n",
5900                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5901                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5902                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5903                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5904                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5905 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5906                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5907 #endif
5908                str ? ", " : "", str ? str : "");
5909 }
5910
5911 /**
5912  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5913  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5914  *
5915  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
5916  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5917  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5918  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5919  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5920  * smaller per-cpu batchsize.
5921  */
5922 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5923 {
5924         dma_reserve = new_dma_reserve;
5925 }
5926
5927 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5928 {
5929         free_area_init_node(0, zones_size,
5930                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5931 }
5932
5933 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5934                                  unsigned long action, void *hcpu)
5935 {
5936         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5937
5938         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5939                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5940                 drain_pages(cpu);
5941
5942                 /*
5943                  * Spill the event counters of the dead processor
5944                  * into the current processors event counters.
5945                  * This artificially elevates the count of the current
5946                  * processor.
5947                  */
5948                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5949
5950                 /*
5951                  * Zero the differential counters of the dead processor
5952                  * so that the vm statistics are consistent.
5953                  *
5954                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5955                  * race with what we are doing.
5956                  */
5957                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5958         }
5959         return NOTIFY_OK;
5960 }
5961
5962 void __init page_alloc_init(void)
5963 {
5964         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5965 }
5966
5967 /*
5968  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5969  *      or min_free_kbytes changes.
5970  */
5971 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5972 {
5973         struct pglist_data *pgdat;
5974         unsigned long reserve_pages = 0;
5975         enum zone_type i, j;
5976
5977         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5978                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5979                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5980                         long max = 0;
5981
5982                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5983                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5984                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5985                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5986                         }
5987
5988                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5989                         max += high_wmark_pages(zone);
5990
5991                         if (max > zone->managed_pages)
5992                                 max = zone->managed_pages;
5993                         reserve_pages += max;
5994                         /*
5995                          * Lowmem reserves are not available to
5996                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5997                          * kswapd tries to balance zones to their high
5998                          * watermark.  As a result, neither should be
5999                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6000                          * situation where reclaim has to clean pages
6001                          * in order to balance the zones.
6002                          */
6003                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6004                 }
6005         }
6006         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6007         totalreserve_pages = reserve_pages;
6008 }
6009
6010 /*
6011  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6012  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6013  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6014  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6015  */
6016 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6017 {
6018         struct pglist_data *pgdat;
6019         enum zone_type j, idx;
6020
6021         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6022                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6023                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6024                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6025
6026                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6027
6028                         idx = j;
6029                         while (idx) {
6030                                 struct zone *lower_zone;
6031
6032                                 idx--;
6033
6034                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6035                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6036
6037                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6038                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6039                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6040                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6041                         }
6042                 }
6043         }
6044
6045         /* update totalreserve_pages */
6046         calculate_totalreserve_pages();
6047 }
6048
6049 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6050 {
6051         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6052         unsigned long pages_low = extra_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6053         unsigned long lowmem_pages = 0;
6054         struct zone *zone;
6055         unsigned long flags;
6056
6057         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6058         for_each_zone(zone) {
6059                 if (!is_highmem(zone))
6060                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6061         }
6062
6063         for_each_zone(zone) {
6064                 u64 min, low;
6065
6066                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6067                 min = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6068                 do_div(min, lowmem_pages);
6069                 low = (u64)pages_low * zone->managed_pages;
6070                 do_div(low, vm_total_pages);
6071
6072                 if (is_highmem(zone)) {
6073                         /*
6074                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6075                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6076                          * value here.
6077                          *
6078                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6079                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6080                          * not be capped for highmem.
6081                          */
6082                         unsigned long min_pages;
6083
6084                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6085                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6086                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6087                 } else {
6088                         /*
6089                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6090                          * proportionate to the zone's size.
6091                          */
6092                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min;
6093                 }
6094
6095                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) +
6096                                         low + (min >> 2);
6097                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) +
6098                                         low + (min >> 1);
6099
6100                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6101                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6102                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6103
6104                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6105         }
6106
6107         /* update totalreserve_pages */
6108         calculate_totalreserve_pages();
6109 }
6110
6111 /**
6112  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6113  * or when memory is hot-{added|removed}
6114  *
6115  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6116  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6117  */
6118 void setup_per_zone_wmarks(void)
6119 {
6120         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6121         __setup_per_zone_wmarks();
6122         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6123 }
6124
6125 /*
6126  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6127  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6128  * to be referenced again before it is swapped out.
6129  *
6130  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6131  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6132  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6133  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6134  *
6135  * total     target    max
6136  * memory    ratio     inactive anon
6137  * -------------------------------------
6138  *   10MB       1         5MB
6139  *  100MB       1        50MB
6140  *    1GB       3       250MB
6141  *   10GB      10       0.9GB
6142  *  100GB      31         3GB
6143  *    1TB     101        10GB
6144  *   10TB     320        32GB
6145  */
6146 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6147 {
6148         unsigned int gb, ratio;
6149
6150         /* Zone size in gigabytes */
6151         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6152         if (gb)
6153                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6154         else
6155                 ratio = 1;
6156
6157         zone->inactive_ratio = ratio;
6158 }
6159
6160 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6161 {
6162         struct zone *zone;
6163
6164         for_each_zone(zone)
6165                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6166 }
6167
6168 /*
6169  * Initialise min_free_kbytes.
6170  *
6171  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6172  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6173  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6174  *
6175  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6176  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6177  *
6178  * which yields
6179  *
6180  * 16MB:        512k
6181  * 32MB:        724k
6182  * 64MB:        1024k
6183  * 128MB:       1448k
6184  * 256MB:       2048k
6185  * 512MB:       2896k
6186  * 1024MB:      4096k
6187  * 2048MB:      5792k
6188  * 4096MB:      8192k
6189  * 8192MB:      11584k
6190  * 16384MB:     16384k
6191  */
6192 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6193 {
6194         unsigned long lowmem_kbytes;
6195         int new_min_free_kbytes;
6196
6197         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6198         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6199
6200         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6201                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6202                 if (min_free_kbytes < 128)
6203                         min_free_kbytes = 128;
6204                 if (min_free_kbytes > 65536)
6205                         min_free_kbytes = 65536;
6206         } else {
6207                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6208                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6209         }
6210         setup_per_zone_wmarks();
6211         refresh_zone_stat_thresholds();
6212         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6213         setup_per_zone_inactive_ratio();
6214         return 0;
6215 }
6216 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6217
6218 /*
6219  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6220  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6221  *      or extra_free_kbytes changes.
6222  */
6223 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6224         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6225 {
6226         int rc;
6227
6228         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6229         if (rc)
6230                 return rc;
6231
6232         if (write) {
6233                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6234                 setup_per_zone_wmarks();
6235         }
6236         return 0;
6237 }
6238
6239 #ifdef CONFIG_NUMA
6240 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6241         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6242 {
6243         struct zone *zone;
6244         int rc;
6245
6246         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6247         if (rc)
6248                 return rc;
6249
6250         for_each_zone(zone)
6251                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6252                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6253         return 0;
6254 }
6255
6256 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6257         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6258 {
6259         struct zone *zone;
6260         int rc;
6261
6262         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6263         if (rc)
6264                 return rc;
6265
6266         for_each_zone(zone)
6267                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6268                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6269         return 0;
6270 }
6271 #endif
6272
6273 /*
6274  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6275  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6276  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6277  *
6278  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6279  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6280  * if in function of the boot time zone sizes.
6281  */
6282 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6283         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6284 {
6285         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6286         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6287         return 0;
6288 }
6289
6290 /*
6291  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6292  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6293  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6294  */
6295 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6296         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6297 {
6298         struct zone *zone;
6299         int old_percpu_pagelist_fraction;
6300         int ret;
6301
6302         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6303         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6304
6305         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6306         if (!write || ret < 0)
6307                 goto out;
6308
6309         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6310         if (percpu_pagelist_fraction &&
6311             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6312                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6313                 ret = -EINVAL;
6314                 goto out;
6315         }
6316
6317         /* No change? */
6318         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6319                 goto out;
6320
6321         for_each_populated_zone(zone) {
6322                 unsigned int cpu;
6323
6324                 for_each_possible_cpu(cpu)
6325                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6326                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6327         }
6328 out:
6329         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6330         return ret;
6331 }
6332
6333 #ifdef CONFIG_NUMA
6334 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6335
6336 static int __init set_hashdist(char *str)
6337 {
6338         if (!str)
6339                 return 0;
6340         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6341         return 1;
6342 }
6343 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6344 #endif
6345
6346 /*
6347  * allocate a large system hash table from bootmem
6348  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6349  *   quantity of entries
6350  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6351  */
6352 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6353                                      unsigned long bucketsize,
6354                                      unsigned long numentries,
6355                                      int scale,
6356                                      int flags,
6357                                      unsigned int *_hash_shift,
6358                                      unsigned int *_hash_mask,
6359                                      unsigned long low_limit,
6360                                      unsigned long high_limit)
6361 {
6362         unsigned long long max = high_limit;
6363         unsigned long log2qty, size;
6364         void *table = NULL;
6365
6366         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6367         if (!numentries) {
6368                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6369                 numentries = nr_kernel_pages;
6370
6371                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6372                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6373                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6374
6375                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6376                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6377                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6378                 else
6379                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6380
6381                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6382                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6383                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6384                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6385                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6386                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6387                                 BUG_ON(!numentries);
6388                         }
6389                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6390                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6391         }
6392         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6393
6394         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6395         if (max == 0) {
6396                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6397                 do_div(max, bucketsize);
6398         }
6399         max = min(max, 0x80000000ULL);
6400
6401         if (numentries < low_limit)
6402                 numentries = low_limit;
6403         if (numentries > max)
6404                 numentries = max;
6405
6406         log2qty = ilog2(numentries);
6407
6408         do {
6409                 size = bucketsize << log2qty;
6410                 if (flags & HASH_EARLY)
6411                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6412                 else if (hashdist)
6413                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6414                 else {
6415                         /*
6416                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6417                          * some pages at the end of hash table which
6418                          * alloc_pages_exact() automatically does
6419                          */
6420                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6421                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6422                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6423                         }
6424                 }
6425         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6426
6427         if (!table)
6428                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6429
6430         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6431                tablename,
6432                (1UL << log2qty),
6433                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6434                size);
6435
6436         if (_hash_shift)
6437                 *_hash_shift = log2qty;
6438         if (_hash_mask)
6439                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6440
6441         return table;
6442 }
6443
6444 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6445 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6446                                                         unsigned long pfn)
6447 {
6448 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6449         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6450 #else
6451         return zone->pageblock_flags;
6452 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6453 }
6454
6455 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6456 {
6457 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6458         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6459         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6460 #else
6461         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6462         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6463 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6464 }
6465
6466 /**
6467  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6468  * @page: The page within the block of interest
6469  * @pfn: The target page frame number
6470  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6471  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6472  *
6473  * Return: pageblock_bits flags
6474  */
6475 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6476                                         unsigned long end_bitidx,
6477                                         unsigned long mask)
6478 {
6479         struct zone *zone;
6480         unsigned long *bitmap;
6481         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6482         unsigned long word;
6483
6484         zone = page_zone(page);
6485         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6486         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6487         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6488         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6489
6490         word = bitmap[word_bitidx];
6491         bitidx += end_bitidx;
6492         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6493 }
6494
6495 /**
6496  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6497  * @page: The page within the block of interest
6498  * @flags: The flags to set
6499  * @pfn: The target page frame number
6500  * @end_bitidx: The last bit of interest
6501  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6502  */
6503 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6504                                         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 old_word, word;
6512
6513         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6514
6515         zone = page_zone(page);
6516         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6517         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6518         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6519         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6520
6521         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6522
6523         bitidx += end_bitidx;
6524         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6525         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6526
6527         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6528         for (;;) {
6529                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6530                 if (word == old_word)
6531                         break;
6532                 word = old_word;
6533         }
6534 }
6535
6536 /*
6537  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6538  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6539  *
6540  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6541  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6542  * expect this function should be exact.
6543  */
6544 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6545                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6546 {
6547         unsigned long pfn, iter, found;
6548         int mt;
6549
6550         /*
6551          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6552          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6553          */
6554         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6555                 return false;
6556         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6557         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6558                 return false;
6559
6560         pfn = page_to_pfn(page);
6561         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6562                 unsigned long check = pfn + iter;
6563
6564                 if (!pfn_valid_within(check))
6565                         continue;
6566
6567                 page = pfn_to_page(check);
6568
6569                 /*
6570                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6571                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6572                  * handle each tail page individually in migration.
6573                  */
6574                 if (PageHuge(page)) {
6575                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6576                         continue;
6577                 }
6578
6579                 /*
6580                  * We can't use page_count without pin a page
6581                  * because another CPU can free compound page.
6582                  * This check already skips compound tails of THP
6583                  * because their page->_count is zero at all time.
6584                  */
6585                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6586                         if (PageBuddy(page))
6587                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6588                         continue;
6589                 }
6590
6591                 /*
6592                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6593                  * page_count() is not 0.
6594                  */
6595                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6596                         continue;
6597
6598                 if (!PageLRU(page))
6599                         found++;
6600                 /*
6601                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6602                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6603                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6604                  */
6605                 /*
6606                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6607                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6608                  *
6609                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6610                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6611                  * page at boot.
6612                  */
6613                 if (found > count)
6614                         return true;
6615         }
6616         return false;
6617 }
6618
6619 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6620 {
6621         struct zone *zone;
6622         unsigned long pfn;
6623
6624         /*
6625          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6626          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6627          * the zone but still within the section.
6628          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6629          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6630          */
6631         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6632                 return false;
6633
6634         zone = page_zone(page);
6635         pfn = page_to_pfn(page);
6636         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6637                 return false;
6638
6639         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6640 }
6641
6642 #ifdef CONFIG_CMA
6643
6644 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6645 {
6646         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6647                              pageblock_nr_pages) - 1);
6648 }
6649
6650 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6651 {
6652         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6653                                 pageblock_nr_pages));
6654 }
6655
6656 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6657 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6658                                         unsigned long start, unsigned long end)
6659 {
6660         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6661         unsigned long nr_reclaimed;
6662         unsigned long pfn = start;
6663         unsigned int tries = 0;
6664         int ret = 0;
6665
6666         migrate_prep();
6667
6668         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6669                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6670                         ret = -EINTR;
6671                         break;
6672                 }
6673
6674                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6675                         cc->nr_migratepages = 0;
6676                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6677                         if (!pfn) {
6678                                 ret = -EINTR;
6679                                 break;
6680                         }
6681                         tries = 0;
6682                 } else if (++tries == 5) {
6683                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6684                         break;
6685                 }
6686
6687                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6688                                                         &cc->migratepages);
6689                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6690
6691                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6692                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6693         }
6694         if (ret < 0) {
6695                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6696                 return ret;
6697         }
6698         return 0;
6699 }
6700
6701 /**
6702  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6703  * @start:      start PFN to allocate
6704  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6705  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6706  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6707  *                      in range must have the same migratetype and it must
6708  *                      be either of the two.
6709  *
6710  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6711  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6712  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6713  * pages fall in.
6714  *
6715  * The PFN range must belong to a single zone.
6716  *
6717  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6718  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6719  * need to be freed with free_contig_range().
6720  */
6721 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6722                        unsigned migratetype)
6723 {
6724         unsigned long outer_start, outer_end;
6725         unsigned int order;
6726         int ret = 0;
6727
6728         struct compact_control cc = {
6729                 .nr_migratepages = 0,
6730                 .order = -1,
6731                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6732                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6733                 .ignore_skip_hint = true,
6734         };
6735         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6736
6737         /*
6738          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6739          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6740          * have different sizes, and due to the way page allocator
6741          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6742          * that page allocator won't try to merge buddies from
6743          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6744          * other migration type.
6745          *
6746          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6747          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6748          * we are interested in).  This will put all the pages in
6749          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6750          *
6751          * When this is done, we take the pages in range from page
6752          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6753          * page allocator will never consider using them.
6754          *
6755          * This lets us mark the pageblocks back as
6756          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6757          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6758          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6759          */
6760
6761         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6762                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6763                                        false);
6764         if (ret)
6765                 return ret;
6766
6767         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6768         if (ret)
6769                 goto done;
6770
6771         /*
6772          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6773          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6774          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6775          * What we are going to do is to allocate all pages from
6776          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6777          *
6778          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6779          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6780          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6781          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6782          * once this is done free the pages we are not interested in.
6783          *
6784          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6785          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6786          */
6787
6788         lru_add_drain_all();
6789         drain_all_pages(cc.zone);
6790
6791         order = 0;
6792         outer_start = start;
6793         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6794                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6795                         ret = -EBUSY;
6796                         goto done;
6797                 }
6798                 outer_start &= ~0UL << order;
6799         }
6800
6801         /* Make sure the range is really isolated. */
6802         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6803                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6804                         __func__, outer_start, end);
6805                 ret = -EBUSY;
6806                 goto done;
6807         }
6808
6809         /* Grab isolated pages from freelists. */
6810         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6811         if (!outer_end) {
6812                 ret = -EBUSY;
6813                 goto done;
6814         }
6815
6816         /* Free head and tail (if any) */
6817         if (start != outer_start)
6818                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6819         if (end != outer_end)
6820                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6821
6822 done:
6823         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6824                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6825         return ret;
6826 }
6827
6828 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6829 {
6830         unsigned int count = 0;
6831
6832         for (; nr_pages--; pfn++) {
6833                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6834
6835                 count += page_count(page) != 1;
6836                 __free_page(page);
6837         }
6838         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6839 }
6840 #endif
6841
6842 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6843 /*
6844  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6845  * page high values need to be recalulated.
6846  */
6847 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6848 {
6849         unsigned cpu;
6850         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6851         for_each_possible_cpu(cpu)
6852                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6853                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6854         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6855 }
6856 #endif
6857
6858 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6859 {
6860         unsigned long flags;
6861         int cpu;
6862         struct per_cpu_pageset *pset;
6863
6864         /* avoid races with drain_pages()  */
6865         local_irq_save(flags);
6866         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6867                 for_each_online_cpu(cpu) {
6868                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6869                         drain_zonestat(zone, pset);
6870                 }
6871                 free_percpu(zone->pageset);
6872                 zone->pageset = &boot_pageset;
6873         }
6874         local_irq_restore(flags);
6875 }
6876
6877 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6878 /*
6879  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6880  */
6881 void
6882 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6883 {
6884         struct page *page;
6885         struct zone *zone;
6886         unsigned int order, i;
6887         unsigned long pfn;
6888         unsigned long flags;
6889         /* find the first valid pfn */
6890         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6891                 if (pfn_valid(pfn))
6892                         break;
6893         if (pfn == end_pfn)
6894                 return;
6895         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6896         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6897         pfn = start_pfn;
6898         while (pfn < end_pfn) {
6899                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6900                         pfn++;
6901                         continue;
6902                 }
6903                 page = pfn_to_page(pfn);
6904                 /*
6905                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6906                  * page_count() is not 0.
6907                  */
6908                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6909                         pfn++;
6910                         SetPageReserved(page);
6911                         continue;
6912                 }
6913
6914                 BUG_ON(page_count(page));
6915                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6916                 order = page_order(page);
6917 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6918                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6919                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6920 #endif
6921                 list_del(&page->lru);
6922                 rmv_page_order(page);
6923                 zone->free_area[order].nr_free--;
6924                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6925                         SetPageReserved((page+i));
6926                 pfn += (1 << order);
6927         }
6928         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6929 }
6930 #endif
6931
6932 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6933 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6934 {
6935         struct zone *zone = page_zone(page);
6936         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6937         unsigned long flags;
6938         unsigned int order;
6939
6940         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6941         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6942                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6943
6944                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6945                         break;
6946         }
6947         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6948
6949         return order < MAX_ORDER;
6950 }
6951 #endif