mmc: dw_mmc: fix unmap sg twice when finding data err
[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         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
291                 return true;
292
293         return false;
294 }
295
296 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
297 {
298         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
299                 return true;
300
301         return false;
302 }
303
304 /*
305  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
306  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
307  */
308 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
309                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
310                                 unsigned long *nr_initialised)
311 {
312         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
313         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
314                 return true;
315
316         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
317         (*nr_initialised)++;
318         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
319             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
320                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
321                 return false;
322         }
323
324         return true;
325 }
326 #else
327 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
328 {
329 }
330
331 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
332 {
333         return false;
334 }
335
336 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
337 {
338         return false;
339 }
340
341 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
342                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
343                                 unsigned long *nr_initialised)
344 {
345         return true;
346 }
347 #endif
348
349
350 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
351 {
352         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
353                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
354                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
355
356         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
357                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
358 }
359
360 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
361 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
362 {
363         int ret = 0;
364         unsigned seq;
365         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
366         unsigned long sp, start_pfn;
367
368         do {
369                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
370                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
371                 sp = zone->spanned_pages;
372                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
373                         ret = 1;
374         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
375
376         if (ret)
377                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
378                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
379                         start_pfn, start_pfn + sp);
380
381         return ret;
382 }
383
384 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
385 {
386         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
387                 return 0;
388         if (zone != page_zone(page))
389                 return 0;
390
391         return 1;
392 }
393 /*
394  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
395  */
396 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
397 {
398         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
399                 return 1;
400         if (!page_is_consistent(zone, page))
401                 return 1;
402
403         return 0;
404 }
405 #else
406 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
407 {
408         return 0;
409 }
410 #endif
411
412 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
413                 unsigned long bad_flags)
414 {
415         static unsigned long resume;
416         static unsigned long nr_shown;
417         static unsigned long nr_unshown;
418
419         /* Don't complain about poisoned pages */
420         if (PageHWPoison(page)) {
421                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
422                 return;
423         }
424
425         /*
426          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
427          * or allow a steady drip of one report per second.
428          */
429         if (nr_shown == 60) {
430                 if (time_before(jiffies, resume)) {
431                         nr_unshown++;
432                         goto out;
433                 }
434                 if (nr_unshown) {
435                         printk(KERN_ALERT
436                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
437                                 nr_unshown);
438                         nr_unshown = 0;
439                 }
440                 nr_shown = 0;
441         }
442         if (nr_shown++ == 0)
443                 resume = jiffies + 60 * HZ;
444
445         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
446                 current->comm, page_to_pfn(page));
447         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
448
449         print_modules();
450         dump_stack();
451 out:
452         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
453         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
454         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
455 }
456
457 /*
458  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
459  *
460  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
461  *
462  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
463  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
464  *
465  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
466  * page destructors. See compound_page_dtors.
467  *
468  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
469  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
470  */
471
472 static void free_compound_page(struct page *page)
473 {
474         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
475 }
476
477 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
478 {
479         int i;
480         int nr_pages = 1 << order;
481
482         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
483         set_compound_order(page, order);
484         __SetPageHead(page);
485         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
486                 struct page *p = page + i;
487                 set_page_count(p, 0);
488                 set_compound_head(p, page);
489         }
490 }
491
492 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
493 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
494 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
495 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
496
497 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
498 {
499         if (!buf)
500                 return -EINVAL;
501
502         if (strcmp(buf, "on") == 0)
503                 _debug_pagealloc_enabled = true;
504
505         return 0;
506 }
507 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
508
509 static bool need_debug_guardpage(void)
510 {
511         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
512         if (!debug_pagealloc_enabled())
513                 return false;
514
515         return true;
516 }
517
518 static void init_debug_guardpage(void)
519 {
520         if (!debug_pagealloc_enabled())
521                 return;
522
523         _debug_guardpage_enabled = true;
524 }
525
526 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
527         .need = need_debug_guardpage,
528         .init = init_debug_guardpage,
529 };
530
531 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
532 {
533         unsigned long res;
534
535         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
536                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
537                 return 0;
538         }
539         _debug_guardpage_minorder = res;
540         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
541         return 0;
542 }
543 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
544
545 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
546                                 unsigned int order, int migratetype)
547 {
548         struct page_ext *page_ext;
549
550         if (!debug_guardpage_enabled())
551                 return;
552
553         page_ext = lookup_page_ext(page);
554         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
555
556         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
557         set_page_private(page, order);
558         /* Guard pages are not available for any usage */
559         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
560 }
561
562 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
563                                 unsigned int order, int migratetype)
564 {
565         struct page_ext *page_ext;
566
567         if (!debug_guardpage_enabled())
568                 return;
569
570         page_ext = lookup_page_ext(page);
571         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
572
573         set_page_private(page, 0);
574         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
575                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
576 }
577 #else
578 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
579 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
580                                 unsigned int order, int migratetype) {}
581 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
582                                 unsigned int order, int migratetype) {}
583 #endif
584
585 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
586 {
587         set_page_private(page, order);
588         __SetPageBuddy(page);
589 }
590
591 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
592 {
593         __ClearPageBuddy(page);
594         set_page_private(page, 0);
595 }
596
597 /*
598  * This function checks whether a page is free && is the buddy
599  * we can do coalesce a page and its buddy if
600  * (a) the buddy is not in a hole &&
601  * (b) the buddy is in the buddy system &&
602  * (c) a page and its buddy have the same order &&
603  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
604  *
605  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
606  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
607  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
608  * serialized by zone->lock.
609  *
610  * For recording page's order, we use page_private(page).
611  */
612 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
613                                                         unsigned int order)
614 {
615         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
616                 return 0;
617
618         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
619                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
620                         return 0;
621
622                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
623
624                 return 1;
625         }
626
627         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
628                 /*
629                  * zone check is done late to avoid uselessly
630                  * calculating zone/node ids for pages that could
631                  * never merge.
632                  */
633                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
634                         return 0;
635
636                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
637
638                 return 1;
639         }
640         return 0;
641 }
642
643 /*
644  * Freeing function for a buddy system allocator.
645  *
646  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
647  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
648  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
649  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
650  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
651  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
652  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
653  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
654  * parts of the VM system.
655  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
656  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
657  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
658  * field.
659  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
660  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
661  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
662  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
663  * triggers coalescing into a block of larger size.
664  *
665  * -- nyc
666  */
667
668 static inline void __free_one_page(struct page *page,
669                 unsigned long pfn,
670                 struct zone *zone, unsigned int order,
671                 int migratetype)
672 {
673         unsigned long page_idx;
674         unsigned long combined_idx;
675         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
676         struct page *buddy;
677         unsigned int max_order;
678
679         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
680
681         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
682         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
683
684         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
685         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
686                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
687
688         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
689
690         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
691         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
692
693 continue_merging:
694         while (order < max_order - 1) {
695                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
696                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
697                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
698                         goto done_merging;
699                 /*
700                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
701                  * merge with it and move up one order.
702                  */
703                 if (page_is_guard(buddy)) {
704                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
705                 } else {
706                         list_del(&buddy->lru);
707                         zone->free_area[order].nr_free--;
708                         rmv_page_order(buddy);
709                 }
710                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
711                 page = page + (combined_idx - page_idx);
712                 page_idx = combined_idx;
713                 order++;
714         }
715         if (max_order < MAX_ORDER) {
716                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
717                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
718                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
719                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
720                  *
721                  * We don't want to hit this code for the more frequent
722                  * low-order merging.
723                  */
724                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
725                         int buddy_mt;
726
727                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
728                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
729                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
730
731                         if (migratetype != buddy_mt
732                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
733                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
734                                 goto done_merging;
735                 }
736                 max_order++;
737                 goto continue_merging;
738         }
739
740 done_merging:
741         set_page_order(page, order);
742
743         /*
744          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
745          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
746          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
747          * that is happening, add the free page to the tail of the list
748          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
749          * as a higher order page
750          */
751         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
752                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
753                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
754                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
755                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
756                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
757                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
758                         list_add_tail(&page->lru,
759                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
760                         goto out;
761                 }
762         }
763
764         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
765 out:
766         zone->free_area[order].nr_free++;
767 }
768
769 static inline int free_pages_check(struct page *page)
770 {
771         const char *bad_reason = NULL;
772         unsigned long bad_flags = 0;
773
774         if (unlikely(page_mapcount(page)))
775                 bad_reason = "nonzero mapcount";
776         if (unlikely(page->mapping != NULL))
777                 bad_reason = "non-NULL mapping";
778         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
779                 bad_reason = "nonzero _count";
780         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
781                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
782                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
783         }
784 #ifdef CONFIG_MEMCG
785         if (unlikely(page->mem_cgroup))
786                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
787 #endif
788         if (unlikely(bad_reason)) {
789                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
790                 return 1;
791         }
792         page_cpupid_reset_last(page);
793         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
794                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
795         return 0;
796 }
797
798 /*
799  * Frees a number of pages from the PCP lists
800  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
801  * count is the number of pages to free.
802  *
803  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
804  * see if this freeing clears that state.
805  *
806  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
807  * pinned" detection logic.
808  */
809 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
810                                         struct per_cpu_pages *pcp)
811 {
812         int migratetype = 0;
813         int batch_free = 0;
814         int to_free = count;
815         unsigned long nr_scanned;
816
817         spin_lock(&zone->lock);
818         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
819         if (nr_scanned)
820                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
821
822         while (to_free) {
823                 struct page *page;
824                 struct list_head *list;
825
826                 /*
827                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
828                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
829                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
830                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
831                  * lists
832                  */
833                 do {
834                         batch_free++;
835                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
836                                 migratetype = 0;
837                         list = &pcp->lists[migratetype];
838                 } while (list_empty(list));
839
840                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
841                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
842                         batch_free = to_free;
843
844                 do {
845                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
846
847                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
848                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
849                         list_del(&page->lru);
850
851                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
852                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
853                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
854                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
855                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
856                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
857
858                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
859                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
860                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
861         }
862         spin_unlock(&zone->lock);
863 }
864
865 static void free_one_page(struct zone *zone,
866                                 struct page *page, unsigned long pfn,
867                                 unsigned int order,
868                                 int migratetype)
869 {
870         unsigned long nr_scanned;
871         spin_lock(&zone->lock);
872         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
873         if (nr_scanned)
874                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
875
876         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
877                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
878                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
879         }
880         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
881         spin_unlock(&zone->lock);
882 }
883
884 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
885 {
886         int ret = 1;
887
888         /*
889          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
890          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
891          */
892         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
893
894         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
895                 ret = 0;
896                 goto out;
897         }
898         if (unlikely(!PageTail(page))) {
899                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
900                 goto out;
901         }
902         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
903                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
904                 goto out;
905         }
906         ret = 0;
907 out:
908         clear_compound_head(page);
909         return ret;
910 }
911
912 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
913                                 unsigned long zone, int nid)
914 {
915         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
916         init_page_count(page);
917         page_mapcount_reset(page);
918         page_cpupid_reset_last(page);
919
920         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
921 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
922         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
923         if (!is_highmem_idx(zone))
924                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
925 #endif
926 }
927
928 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
929                                         int nid)
930 {
931         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
932 }
933
934 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
935 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
936 {
937         pg_data_t *pgdat;
938         int nid, zid;
939
940         if (!early_page_uninitialised(pfn))
941                 return;
942
943         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
944         pgdat = NODE_DATA(nid);
945
946         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
947                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
948
949                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
950                         break;
951         }
952         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
953 }
954 #else
955 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
956 {
957 }
958 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
959
960 /*
961  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
962  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
963  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
964  * sent to the buddy page allocator.
965  */
966 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
967 {
968         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
969         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
970
971         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
972                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
973                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
974
975                         init_reserved_page(start_pfn);
976
977                         /* Avoid false-positive PageTail() */
978                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
979
980                         SetPageReserved(page);
981                 }
982         }
983 }
984
985 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
986 {
987         bool compound = PageCompound(page);
988         int i, bad = 0;
989
990         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
991         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
992
993         trace_mm_page_free(page, order);
994         kmemcheck_free_shadow(page, order);
995         kasan_free_pages(page, order);
996
997         if (PageAnon(page))
998                 page->mapping = NULL;
999         bad += free_pages_check(page);
1000         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1001                 if (compound)
1002                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1003                 bad += free_pages_check(page + i);
1004         }
1005         if (bad)
1006                 return false;
1007
1008         reset_page_owner(page, order);
1009
1010         if (!PageHighMem(page)) {
1011                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1012                                            PAGE_SIZE << order);
1013                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1014                                            PAGE_SIZE << order);
1015         }
1016         arch_free_page(page, order);
1017         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1018
1019         return true;
1020 }
1021
1022 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1023 {
1024         unsigned long flags;
1025         int migratetype;
1026         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1027
1028         if (!free_pages_prepare(page, order))
1029                 return;
1030
1031         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1032         local_irq_save(flags);
1033         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1034         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1035         local_irq_restore(flags);
1036 }
1037
1038 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1039                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1040 {
1041         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1042         struct page *p = page;
1043         unsigned int loop;
1044
1045         prefetchw(p);
1046         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1047                 prefetchw(p + 1);
1048                 __ClearPageReserved(p);
1049                 set_page_count(p, 0);
1050         }
1051         __ClearPageReserved(p);
1052         set_page_count(p, 0);
1053
1054         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1055         set_page_refcounted(page);
1056         __free_pages(page, order);
1057 }
1058
1059 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1060         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1061
1062 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1063
1064 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1065 {
1066         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1067         int nid;
1068
1069         spin_lock(&early_pfn_lock);
1070         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1071         if (nid < 0)
1072                 nid = 0;
1073         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1074
1075         return nid;
1076 }
1077 #endif
1078
1079 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1080 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1081                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1082 {
1083         int nid;
1084
1085         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1086         if (nid >= 0 && nid != node)
1087                 return false;
1088         return true;
1089 }
1090
1091 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1092 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1093 {
1094         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1095 }
1096
1097 #else
1098
1099 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1100 {
1101         return true;
1102 }
1103 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1104                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1105 {
1106         return true;
1107 }
1108 #endif
1109
1110
1111 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1112                                                         unsigned int order)
1113 {
1114         if (early_page_uninitialised(pfn))
1115                 return;
1116         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1117 }
1118
1119 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1120 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1121                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1122 {
1123         int i;
1124
1125         if (!page)
1126                 return;
1127
1128         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1129         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1130             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1131                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1132                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1133                 return;
1134         }
1135
1136         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1137                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1138 }
1139
1140 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1141 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1142 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1143
1144 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1145 {
1146         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1147                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1148 }
1149
1150 /* Initialise remaining memory on a node */
1151 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1152 {
1153         pg_data_t *pgdat = data;
1154         int nid = pgdat->node_id;
1155         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1156         unsigned long start = jiffies;
1157         unsigned long nr_pages = 0;
1158         unsigned long walk_start, walk_end;
1159         int i, zid;
1160         struct zone *zone;
1161         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1162         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1163
1164         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1165                 pgdat_init_report_one_done();
1166                 return 0;
1167         }
1168
1169         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1170         if (!cpumask_empty(cpumask))
1171                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1172
1173         /* Sanity check boundaries */
1174         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1175         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1176         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1177
1178         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1179         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1180                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1181                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1182                         break;
1183         }
1184
1185         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1186                 unsigned long pfn, end_pfn;
1187                 struct page *page = NULL;
1188                 struct page *free_base_page = NULL;
1189                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1190                 int nr_to_free = 0;
1191
1192                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1193                 pfn = first_init_pfn;
1194                 if (pfn < walk_start)
1195                         pfn = walk_start;
1196                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1197                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1198
1199                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1200                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1201                                 goto free_range;
1202
1203                         /*
1204                          * Ensure pfn_valid is checked every
1205                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1206                          */
1207                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1208                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1209                                         page = NULL;
1210                                         goto free_range;
1211                                 }
1212                         }
1213
1214                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1215                                 page = NULL;
1216                                 goto free_range;
1217                         }
1218
1219                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1220                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1221                                 page++;
1222                         } else {
1223                                 nr_pages += nr_to_free;
1224                                 deferred_free_range(free_base_page,
1225                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1226                                 free_base_page = NULL;
1227                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1228
1229                                 page = pfn_to_page(pfn);
1230                                 cond_resched();
1231                         }
1232
1233                         if (page->flags) {
1234                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1235                                 goto free_range;
1236                         }
1237
1238                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1239                         if (!free_base_page) {
1240                                 free_base_page = page;
1241                                 free_base_pfn = pfn;
1242                                 nr_to_free = 0;
1243                         }
1244                         nr_to_free++;
1245
1246                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1247                         continue;
1248 free_range:
1249                         /* Free the current block of pages to allocator */
1250                         nr_pages += nr_to_free;
1251                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1252                                                                 nr_to_free);
1253                         free_base_page = NULL;
1254                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1255                 }
1256
1257                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1258         }
1259
1260         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1261         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1262
1263         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1264                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1265
1266         pgdat_init_report_one_done();
1267         return 0;
1268 }
1269
1270 void __init page_alloc_init_late(void)
1271 {
1272         int nid;
1273
1274         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1275         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1276         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1277                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1278         }
1279
1280         /* Block until all are initialised */
1281         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1282
1283         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1284         files_maxfiles_init();
1285 }
1286 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1287
1288 #ifdef CONFIG_CMA
1289 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1290 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1291 {
1292         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1293         struct page *p = page;
1294
1295         do {
1296                 __ClearPageReserved(p);
1297                 set_page_count(p, 0);
1298         } while (++p, --i);
1299
1300         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1301
1302         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1303                 i = pageblock_nr_pages;
1304                 p = page;
1305                 do {
1306                         set_page_refcounted(p);
1307                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1308                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1309                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1310         } else {
1311                 set_page_refcounted(page);
1312                 __free_pages(page, pageblock_order);
1313         }
1314
1315         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1316 }
1317 #endif
1318
1319 /*
1320  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1321  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1322  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1323  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1324  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1325  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1326  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1327  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1328  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1329  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1330  *
1331  * -- nyc
1332  */
1333 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1334         int low, int high, struct free_area *area,
1335         int migratetype)
1336 {
1337         unsigned long size = 1 << high;
1338
1339         while (high > low) {
1340                 area--;
1341                 high--;
1342                 size >>= 1;
1343                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1344
1345                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1346                         debug_guardpage_enabled() &&
1347                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1348                         /*
1349                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1350                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1351                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1352                          * pages will stay not present in virtual address space
1353                          */
1354                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1355                         continue;
1356                 }
1357                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1358                 area->nr_free++;
1359                 set_page_order(&page[size], high);
1360         }
1361 }
1362
1363 /*
1364  * This page is about to be returned from the page allocator
1365  */
1366 static inline int check_new_page(struct page *page)
1367 {
1368         const char *bad_reason = NULL;
1369         unsigned long bad_flags = 0;
1370
1371         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1372                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1373         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1374                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1375         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1376                 bad_reason = "nonzero _count";
1377         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1378                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1379                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1380         }
1381         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1382                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1383                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1384         }
1385 #ifdef CONFIG_MEMCG
1386         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1387                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1388 #endif
1389         if (unlikely(bad_reason)) {
1390                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1391                 return 1;
1392         }
1393         return 0;
1394 }
1395
1396 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1397                                                                 int alloc_flags)
1398 {
1399         int i;
1400
1401         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1402                 struct page *p = page + i;
1403                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1404                         return 1;
1405         }
1406
1407         set_page_private(page, 0);
1408         set_page_refcounted(page);
1409
1410         arch_alloc_page(page, order);
1411         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1412         kasan_alloc_pages(page, order);
1413
1414         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1415                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1416                         clear_highpage(page + i);
1417
1418         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1419                 prep_compound_page(page, order);
1420
1421         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1422
1423         /*
1424          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1425          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1426          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1427          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1428          */
1429         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1430                 set_page_pfmemalloc(page);
1431         else
1432                 clear_page_pfmemalloc(page);
1433
1434         return 0;
1435 }
1436
1437 /*
1438  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1439  * the smallest available page from the freelists
1440  */
1441 static inline
1442 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1443                                                 int migratetype)
1444 {
1445         unsigned int current_order;
1446         struct free_area *area;
1447         struct page *page;
1448
1449         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1450         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1451                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1452                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1453                         continue;
1454
1455                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1456                                                         struct page, lru);
1457                 list_del(&page->lru);
1458                 rmv_page_order(page);
1459                 area->nr_free--;
1460                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1461                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1462                 return page;
1463         }
1464
1465         return NULL;
1466 }
1467
1468
1469 /*
1470  * This array describes the order lists are fallen back to when
1471  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1472  */
1473 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1474         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1475         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1476         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1477 #ifdef CONFIG_CMA
1478         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1479 #endif
1480 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1481         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1482 #endif
1483 };
1484
1485 #ifdef CONFIG_CMA
1486 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1487                                         unsigned int order)
1488 {
1489         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1490 }
1491 #else
1492 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1493                                         unsigned int order) { return NULL; }
1494 #endif
1495
1496 /*
1497  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1498  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1499  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1500  */
1501 int move_freepages(struct zone *zone,
1502                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1503                           int migratetype)
1504 {
1505         struct page *page;
1506         unsigned int order;
1507         int pages_moved = 0;
1508
1509 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1510         /*
1511          * page_zone is not safe to call in this context when
1512          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1513          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1514          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1515          * grouping pages by mobility
1516          */
1517         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1518 #endif
1519
1520         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1521                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1522                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1523
1524                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1525                         page++;
1526                         continue;
1527                 }
1528
1529                 if (!PageBuddy(page)) {
1530                         page++;
1531                         continue;
1532                 }
1533
1534                 order = page_order(page);
1535                 list_move(&page->lru,
1536                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1537                 page += 1 << order;
1538                 pages_moved += 1 << order;
1539         }
1540
1541         return pages_moved;
1542 }
1543
1544 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1545                                 int migratetype)
1546 {
1547         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1548         struct page *start_page, *end_page;
1549
1550         start_pfn = page_to_pfn(page);
1551         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1552         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1553         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1554         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1555
1556         /* Do not cross zone boundaries */
1557         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1558                 start_page = page;
1559         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1560                 return 0;
1561
1562         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1563 }
1564
1565 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1566                                         int start_order, int migratetype)
1567 {
1568         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1569
1570         while (nr_pageblocks--) {
1571                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1572                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1573         }
1574 }
1575
1576 /*
1577  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1578  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1579  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1580  *
1581  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1582  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1583  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1584  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1585  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1586  * pageblocks.
1587  */
1588 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1589 {
1590         /*
1591          * Leaving this order check is intended, although there is
1592          * relaxed order check in next check. The reason is that
1593          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1594          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1595          * so could be changed anytime.
1596          */
1597         if (order >= pageblock_order)
1598                 return true;
1599
1600         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1601                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1602                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1603                 page_group_by_mobility_disabled)
1604                 return true;
1605
1606         return false;
1607 }
1608
1609 /*
1610  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1611  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1612  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1613  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1614  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1615  */
1616 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1617                                                           int start_type)
1618 {
1619         unsigned int current_order = page_order(page);
1620         int pages;
1621
1622         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1623         if (current_order >= pageblock_order) {
1624                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1625                 return;
1626         }
1627
1628         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1629
1630         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1631         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1632                         page_group_by_mobility_disabled)
1633                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1634 }
1635
1636 /*
1637  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1638  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1639  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1640  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1641  */
1642 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1643                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1644 {
1645         int i;
1646         int fallback_mt;
1647
1648         if (area->nr_free == 0)
1649                 return -1;
1650
1651         *can_steal = false;
1652         for (i = 0;; i++) {
1653                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1654                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1655                         break;
1656
1657                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1658                         continue;
1659
1660                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1661                         *can_steal = true;
1662
1663                 if (!only_stealable)
1664                         return fallback_mt;
1665
1666                 if (*can_steal)
1667                         return fallback_mt;
1668         }
1669
1670         return -1;
1671 }
1672
1673 /*
1674  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1675  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1676  */
1677 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1678                                 unsigned int alloc_order)
1679 {
1680         int mt;
1681         unsigned long max_managed, flags;
1682
1683         /*
1684          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1685          * Check is race-prone but harmless.
1686          */
1687         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1688         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1689                 return;
1690
1691         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1692
1693         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1694         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1695                 goto out_unlock;
1696
1697         /* Yoink! */
1698         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1699         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1700                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1701                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1702                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1703                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1704         }
1705
1706 out_unlock:
1707         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1708 }
1709
1710 /*
1711  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1712  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1713  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1714  * to recover from than an OOM.
1715  */
1716 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1717 {
1718         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1719         unsigned long flags;
1720         struct zoneref *z;
1721         struct zone *zone;
1722         struct page *page;
1723         int order;
1724
1725         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1726                                                                 ac->nodemask) {
1727                 /* Preserve at least one pageblock */
1728                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1729                         continue;
1730
1731                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1732                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1733                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1734
1735                         if (list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
1736                                 continue;
1737
1738                         page = list_entry(area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC].next,
1739                                                 struct page, lru);
1740
1741                         /*
1742                          * It should never happen but changes to locking could
1743                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1744                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1745                          * and watch for underflows.
1746                          */
1747                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1748                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1749
1750                         /*
1751                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1752                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1753                          * is doing the work and needs the pages. More
1754                          * importantly, if the block was always converted to
1755                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1756                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1757                          * may increase.
1758                          */
1759                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1760                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1761                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1762                         return;
1763                 }
1764                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1765         }
1766 }
1767
1768 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1769 static inline struct page *
1770 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1771 {
1772         struct free_area *area;
1773         unsigned int current_order;
1774         struct page *page;
1775         int fallback_mt;
1776         bool can_steal;
1777
1778         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1779         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1780                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1781                                 --current_order) {
1782                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1783                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1784                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1785                 if (fallback_mt == -1)
1786                         continue;
1787
1788                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1789                                                 struct page, lru);
1790                 if (can_steal)
1791                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1792
1793                 /* Remove the page from the freelists */
1794                 area->nr_free--;
1795                 list_del(&page->lru);
1796                 rmv_page_order(page);
1797
1798                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1799                                         start_migratetype);
1800                 /*
1801                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1802                  * migratetype depending on the decisions in
1803                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1804                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1805                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1806                  */
1807                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1808
1809                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1810                         start_migratetype, fallback_mt);
1811
1812                 return page;
1813         }
1814
1815         return NULL;
1816 }
1817
1818 /*
1819  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1820  * Call me with the zone->lock already held.
1821  */
1822 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1823                                 int migratetype, gfp_t gfp_flags)
1824 {
1825         struct page *page;
1826
1827         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1828         if (unlikely(!page)) {
1829                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1830                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1831
1832                 if (!page)
1833                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1834         }
1835
1836         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1837         return page;
1838 }
1839
1840 /*
1841  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1842  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1843  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1844  */
1845 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1846                         unsigned long count, struct list_head *list,
1847                         int migratetype, bool cold)
1848 {
1849         int i;
1850
1851         spin_lock(&zone->lock);
1852         for (i = 0; i < count; ++i) {
1853                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype, 0);
1854                 if (unlikely(page == NULL))
1855                         break;
1856
1857                 /*
1858                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1859                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1860                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1861                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1862                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1863                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1864                  * properly.
1865                  */
1866                 if (likely(!cold))
1867                         list_add(&page->lru, list);
1868                 else
1869                         list_add_tail(&page->lru, list);
1870                 list = &page->lru;
1871                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1872                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1873                                               -(1 << order));
1874         }
1875         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1876         spin_unlock(&zone->lock);
1877         return i;
1878 }
1879
1880 #ifdef CONFIG_NUMA
1881 /*
1882  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1883  * currently executing processor on remote nodes after they have
1884  * expired.
1885  *
1886  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1887  * a single processor.
1888  */
1889 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1890 {
1891         unsigned long flags;
1892         int to_drain, batch;
1893
1894         local_irq_save(flags);
1895         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1896         to_drain = min(pcp->count, batch);
1897         if (to_drain > 0) {
1898                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1899                 pcp->count -= to_drain;
1900         }
1901         local_irq_restore(flags);
1902 }
1903 #endif
1904
1905 /*
1906  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1907  *
1908  * The processor must either be the current processor and the
1909  * thread pinned to the current processor or a processor that
1910  * is not online.
1911  */
1912 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1913 {
1914         unsigned long flags;
1915         struct per_cpu_pageset *pset;
1916         struct per_cpu_pages *pcp;
1917
1918         local_irq_save(flags);
1919         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1920
1921         pcp = &pset->pcp;
1922         if (pcp->count) {
1923                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1924                 pcp->count = 0;
1925         }
1926         local_irq_restore(flags);
1927 }
1928
1929 /*
1930  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1931  *
1932  * The processor must either be the current processor and the
1933  * thread pinned to the current processor or a processor that
1934  * is not online.
1935  */
1936 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1937 {
1938         struct zone *zone;
1939
1940         for_each_populated_zone(zone) {
1941                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1942         }
1943 }
1944
1945 /*
1946  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1947  *
1948  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1949  * the single zone's pages.
1950  */
1951 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1952 {
1953         int cpu = smp_processor_id();
1954
1955         if (zone)
1956                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1957         else
1958                 drain_pages(cpu);
1959 }
1960
1961 /*
1962  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1963  *
1964  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1965  *
1966  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1967  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1968  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1969  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1970  * before the call to on_each_cpu_mask().
1971  */
1972 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1973 {
1974         int cpu;
1975
1976         /*
1977          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1978          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1979          */
1980         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1981
1982         /*
1983          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1984          * as offline notification will cause the notified
1985          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1986          * disables preemption as part of its processing
1987          */
1988         for_each_online_cpu(cpu) {
1989                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1990                 struct zone *z;
1991                 bool has_pcps = false;
1992
1993                 if (zone) {
1994                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1995                         if (pcp->pcp.count)
1996                                 has_pcps = true;
1997                 } else {
1998                         for_each_populated_zone(z) {
1999                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2000                                 if (pcp->pcp.count) {
2001                                         has_pcps = true;
2002                                         break;
2003                                 }
2004                         }
2005                 }
2006
2007                 if (has_pcps)
2008                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2009                 else
2010                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2011         }
2012         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2013                                                                 zone, 1);
2014 }
2015
2016 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2017
2018 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2019 {
2020         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2021         unsigned long flags;
2022         unsigned int order, t;
2023         struct list_head *curr;
2024
2025         if (zone_is_empty(zone))
2026                 return;
2027
2028         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2029
2030         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2031         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2032                 if (pfn_valid(pfn)) {
2033                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2034
2035                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2036                                 swsusp_unset_page_free(page);
2037                 }
2038
2039         for_each_migratetype_order(order, t) {
2040                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
2041                         unsigned long i;
2042
2043                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
2044                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2045                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2046                 }
2047         }
2048         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2049 }
2050 #endif /* CONFIG_PM */
2051
2052 /*
2053  * Free a 0-order page
2054  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2055  */
2056 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2057 {
2058         struct zone *zone = page_zone(page);
2059         struct per_cpu_pages *pcp;
2060         unsigned long flags;
2061         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2062         int migratetype;
2063
2064         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2065                 return;
2066
2067         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2068         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2069         local_irq_save(flags);
2070         __count_vm_event(PGFREE);
2071
2072         /*
2073          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2074          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2075          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2076          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2077          * excessively into the page allocator
2078          */
2079         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2080                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2081                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2082                         goto out;
2083                 }
2084                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2085         }
2086
2087         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2088         if (!cold)
2089                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2090         else
2091                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2092         pcp->count++;
2093         if (pcp->count >= pcp->high) {
2094                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2095                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2096                 pcp->count -= batch;
2097         }
2098
2099 out:
2100         local_irq_restore(flags);
2101 }
2102
2103 /*
2104  * Free a list of 0-order pages
2105  */
2106 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2107 {
2108         struct page *page, *next;
2109
2110         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2111                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2112                 free_hot_cold_page(page, cold);
2113         }
2114 }
2115
2116 /*
2117  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2118  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2119  * Each sub-page must be freed individually.
2120  *
2121  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2122  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2123  */
2124 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2125 {
2126         int i;
2127         gfp_t gfp_mask;
2128
2129         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2130         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2131
2132 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2133         /*
2134          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2135          * otherwise free the whole shadow.
2136          */
2137         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2138                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2139 #endif
2140
2141         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2142         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2143         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2144                 set_page_refcounted(page + i);
2145                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2146         }
2147 }
2148 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2149
2150 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2151 {
2152         unsigned long watermark;
2153         struct zone *zone;
2154         int mt;
2155
2156         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2157
2158         zone = page_zone(page);
2159         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2160
2161         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2162                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2163                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2164                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2165                         return 0;
2166
2167                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2168         }
2169
2170         /* Remove page from free list */
2171         list_del(&page->lru);
2172         zone->free_area[order].nr_free--;
2173         rmv_page_order(page);
2174
2175         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2176
2177         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2178         if (order >= pageblock_order - 1) {
2179                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2180                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2181                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2182                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2183                                 set_pageblock_migratetype(page,
2184                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2185                 }
2186         }
2187
2188
2189         return 1UL << order;
2190 }
2191
2192 /*
2193  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2194  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2195  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2196  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2197  * are enabled.
2198  *
2199  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2200  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2201  */
2202 int split_free_page(struct page *page)
2203 {
2204         unsigned int order;
2205         int nr_pages;
2206
2207         order = page_order(page);
2208
2209         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2210         if (!nr_pages)
2211                 return 0;
2212
2213         /* Split into individual pages */
2214         set_page_refcounted(page);
2215         split_page(page, order);
2216         return nr_pages;
2217 }
2218
2219 /*
2220  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2221  */
2222 static inline
2223 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2224                         struct zone *zone, unsigned int order,
2225                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2226 {
2227         unsigned long flags;
2228         struct page *page;
2229         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2230
2231         if (likely(order == 0)) {
2232                 struct per_cpu_pages *pcp;
2233                 struct list_head *list;
2234
2235                 local_irq_save(flags);
2236                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2237                 list = &pcp->lists[migratetype];
2238                 if (list_empty(list)) {
2239                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2240                                         pcp->batch, list,
2241                                         migratetype, cold);
2242                         if (unlikely(list_empty(list)))
2243                                 goto failed;
2244                 }
2245
2246                 if (cold)
2247                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2248                 else
2249                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2250
2251                 list_del(&page->lru);
2252                 pcp->count--;
2253         } else {
2254                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2255                         /*
2256                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2257                          *
2258                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2259                          * properly detect and handle allocation failures.
2260                          *
2261                          * We most definitely don't want callers attempting to
2262                          * allocate greater than order-1 page units with
2263                          * __GFP_NOFAIL.
2264                          */
2265                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2266                 }
2267                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2268
2269                 page = NULL;
2270                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2271                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2272                         if (page)
2273                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2274                 }
2275                 if (!page)
2276                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, gfp_flags);
2277                 spin_unlock(&zone->lock);
2278                 if (!page)
2279                         goto failed;
2280                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2281                                           get_pcppage_migratetype(page));
2282         }
2283
2284         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2285         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2286             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2287                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2288
2289         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2290         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2291         local_irq_restore(flags);
2292
2293         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2294         return page;
2295
2296 failed:
2297         local_irq_restore(flags);
2298         return NULL;
2299 }
2300
2301 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2302
2303 static struct {
2304         struct fault_attr attr;
2305
2306         bool ignore_gfp_highmem;
2307         bool ignore_gfp_reclaim;
2308         u32 min_order;
2309 } fail_page_alloc = {
2310         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2311         .ignore_gfp_reclaim = true,
2312         .ignore_gfp_highmem = true,
2313         .min_order = 1,
2314 };
2315
2316 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2317 {
2318         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2319 }
2320 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2321
2322 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2323 {
2324         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2325                 return false;
2326         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2327                 return false;
2328         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2329                 return false;
2330         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2331                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2332                 return false;
2333
2334         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2335 }
2336
2337 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2338
2339 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2340 {
2341         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2342         struct dentry *dir;
2343
2344         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2345                                         &fail_page_alloc.attr);
2346         if (IS_ERR(dir))
2347                 return PTR_ERR(dir);
2348
2349         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2350                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2351                 goto fail;
2352         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2353                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2354                 goto fail;
2355         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2356                                 &fail_page_alloc.min_order))
2357                 goto fail;
2358
2359         return 0;
2360 fail:
2361         debugfs_remove_recursive(dir);
2362
2363         return -ENOMEM;
2364 }
2365
2366 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2367
2368 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2369
2370 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2371
2372 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2373 {
2374         return false;
2375 }
2376
2377 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2378
2379 /*
2380  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2381  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2382  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2383  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2384  */
2385 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2386                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2387                         long free_pages)
2388 {
2389         long min = mark;
2390         int o;
2391         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2392
2393         /* free_pages may go negative - that's OK */
2394         free_pages -= (1 << order) - 1;
2395
2396         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2397                 min -= min / 2;
2398
2399         /*
2400          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2401          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2402          * atomic reserve but it avoids a search.
2403          */
2404         if (likely(!alloc_harder))
2405                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2406         else
2407                 min -= min / 4;
2408
2409 #ifdef CONFIG_CMA
2410         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2411         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2412                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2413 #endif
2414
2415         /*
2416          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2417          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2418          * even if a suitable page happened to be free.
2419          */
2420         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2421                 return false;
2422
2423         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2424         if (!order)
2425                 return true;
2426
2427         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2428         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2429                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2430                 int mt;
2431
2432                 if (!area->nr_free)
2433                         continue;
2434
2435                 if (alloc_harder)
2436                         return true;
2437
2438                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2439                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2440                                 return true;
2441                 }
2442
2443 #ifdef CONFIG_CMA
2444                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2445                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2446                         return true;
2447                 }
2448 #endif
2449         }
2450         return false;
2451 }
2452
2453 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2454                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2455 {
2456         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2457                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2458 }
2459
2460 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2461                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2462 {
2463         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2464
2465         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2466                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2467
2468         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2469                                                                 free_pages);
2470 }
2471
2472 #ifdef CONFIG_NUMA
2473 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2474 {
2475         return local_zone->node == zone->node;
2476 }
2477
2478 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2479 {
2480         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2481                                 RECLAIM_DISTANCE;
2482 }
2483 #else   /* CONFIG_NUMA */
2484 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2485 {
2486         return true;
2487 }
2488
2489 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2490 {
2491         return true;
2492 }
2493 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2494
2495 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2496 {
2497         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2498
2499         do {
2500                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2501                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2502                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2503                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2504         } while (zone++ != preferred_zone);
2505 }
2506
2507 /*
2508  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2509  * a page.
2510  */
2511 static struct page *
2512 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2513                                                 const struct alloc_context *ac)
2514 {
2515         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2516         struct zoneref *z;
2517         struct page *page = NULL;
2518         struct zone *zone;
2519         int nr_fair_skipped = 0;
2520         bool zonelist_rescan;
2521
2522 zonelist_scan:
2523         zonelist_rescan = false;
2524
2525         /*
2526          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2527          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2528          */
2529         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2530                                                                 ac->nodemask) {
2531                 unsigned long mark;
2532
2533                 if (cpusets_enabled() &&
2534                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2535                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2536                                 continue;
2537                 /*
2538                  * Distribute pages in proportion to the individual
2539                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2540                  * page was allocated in should have no effect on the
2541                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2542                  */
2543                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2544                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2545                                 break;
2546                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2547                                 nr_fair_skipped++;
2548                                 continue;
2549                         }
2550                 }
2551                 /*
2552                  * When allocating a page cache page for writing, we
2553                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2554                  * limit, such that no single zone holds more than its
2555                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2556                  * The dirty limits take into account the zone's
2557                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2558                  * should be able to balance it without having to
2559                  * write pages from its LRU list.
2560                  *
2561                  * This may look like it could increase pressure on
2562                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2563                  * before they are full.  But the pages that do spill
2564                  * over are limited as the lower zones are protected
2565                  * by this very same mechanism.  It should not become
2566                  * a practical burden to them.
2567                  *
2568                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2569                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2570                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2571                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2572                  * zones are together not big enough to reach the
2573                  * global limit.  The proper fix for these situations
2574                  * will require awareness of zones in the
2575                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2576                  */
2577                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2578                         continue;
2579
2580                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2581                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2582                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2583                         int ret;
2584
2585                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2586                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2587                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2588                                 goto try_this_zone;
2589
2590                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2591                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2592                                 continue;
2593
2594                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2595                         switch (ret) {
2596                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2597                                 /* did not scan */
2598                                 continue;
2599                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2600                                 /* scanned but unreclaimable */
2601                                 continue;
2602                         default:
2603                                 /* did we reclaim enough */
2604                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2605                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2606                                         goto try_this_zone;
2607
2608                                 continue;
2609                         }
2610                 }
2611
2612 try_this_zone:
2613                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2614                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2615                 if (page) {
2616                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2617                                 goto try_this_zone;
2618
2619                         /*
2620                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2621                          * if the pageblock should be reserved for the future
2622                          */
2623                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2624                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2625
2626                         return page;
2627                 }
2628         }
2629
2630         /*
2631          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2632          * local node.  However, the local node might have free pages left
2633          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2634          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2635          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2636          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2637          */
2638         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2639                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2640                 if (nr_fair_skipped) {
2641                         zonelist_rescan = true;
2642                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2643                 }
2644                 if (nr_online_nodes > 1)
2645                         zonelist_rescan = true;
2646         }
2647
2648         if (zonelist_rescan)
2649                 goto zonelist_scan;
2650
2651         return NULL;
2652 }
2653
2654 /*
2655  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2656  * meminfo in irq context.
2657  */
2658 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2659 {
2660         bool ret = false;
2661
2662 #if NODES_SHIFT > 8
2663         ret = in_interrupt();
2664 #endif
2665         return ret;
2666 }
2667
2668 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2669                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2670                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2671
2672 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2673 {
2674         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2675
2676         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2677             debug_guardpage_minorder() > 0)
2678                 return;
2679
2680         /*
2681          * This documents exceptions given to allocations in certain
2682          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2683          * of allowed nodes.
2684          */
2685         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2686                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2687                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2688                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2689         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2690                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2691
2692         if (fmt) {
2693                 struct va_format vaf;
2694                 va_list args;
2695
2696                 va_start(args, fmt);
2697
2698                 vaf.fmt = fmt;
2699                 vaf.va = &args;
2700
2701                 pr_warn("%pV", &vaf);
2702
2703                 va_end(args);
2704         }
2705
2706         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:0x%x\n",
2707                 current->comm, order, gfp_mask);
2708
2709         dump_stack();
2710         if (!should_suppress_show_mem())
2711                 show_mem(filter);
2712 }
2713
2714 static inline struct page *
2715 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2716         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2717 {
2718         struct oom_control oc = {
2719                 .zonelist = ac->zonelist,
2720                 .nodemask = ac->nodemask,
2721                 .gfp_mask = gfp_mask,
2722                 .order = order,
2723         };
2724         struct page *page;
2725
2726         *did_some_progress = 0;
2727
2728         /*
2729          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2730          * making progress for us.
2731          */
2732         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2733                 *did_some_progress = 1;
2734                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2735                 return NULL;
2736         }
2737
2738         /*
2739          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2740          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2741          * we're still under heavy pressure.
2742          */
2743         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2744                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2745         if (page)
2746                 goto out;
2747
2748         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2749                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2750                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2751                         goto out;
2752                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2753                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2754                         goto out;
2755                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2756                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2757                         goto out;
2758                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2759                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2760                         /*
2761                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2762                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2763                          * keep looping as per tradition.
2764                          */
2765                         *did_some_progress = 1;
2766                         goto out;
2767                 }
2768                 if (pm_suspended_storage())
2769                         goto out;
2770                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2771                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2772                         goto out;
2773         }
2774         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2775         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2776                 *did_some_progress = 1;
2777 out:
2778         mutex_unlock(&oom_lock);
2779         return page;
2780 }
2781
2782 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2783 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2784 static struct page *
2785 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2786                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2787                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2788                 bool *deferred_compaction)
2789 {
2790         unsigned long compact_result;
2791         struct page *page;
2792
2793         if (!order)
2794                 return NULL;
2795
2796         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2797         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2798                                                 mode, contended_compaction);
2799         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2800
2801         switch (compact_result) {
2802         case COMPACT_DEFERRED:
2803                 *deferred_compaction = true;
2804                 /* fall-through */
2805         case COMPACT_SKIPPED:
2806                 return NULL;
2807         default:
2808                 break;
2809         }
2810
2811         /*
2812          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2813          * count a compaction stall
2814          */
2815         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2816
2817         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2818                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2819
2820         if (page) {
2821                 struct zone *zone = page_zone(page);
2822
2823                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2824                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2825                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2826                 return page;
2827         }
2828
2829         /*
2830          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2831          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2832          */
2833         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2834
2835         cond_resched();
2836
2837         return NULL;
2838 }
2839 #else
2840 static inline struct page *
2841 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2842                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2843                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2844                 bool *deferred_compaction)
2845 {
2846         return NULL;
2847 }
2848 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2849
2850 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2851 static int
2852 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2853                                         const struct alloc_context *ac)
2854 {
2855         struct reclaim_state reclaim_state;
2856         int progress;
2857
2858         cond_resched();
2859
2860         /* We now go into synchronous reclaim */
2861         cpuset_memory_pressure_bump();
2862         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2863         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2864         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2865         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2866
2867         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2868                                                                 ac->nodemask);
2869
2870         current->reclaim_state = NULL;
2871         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2872         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2873
2874         cond_resched();
2875
2876         return progress;
2877 }
2878
2879 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2880 static inline struct page *
2881 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2882                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2883                 unsigned long *did_some_progress)
2884 {
2885         struct page *page = NULL;
2886         bool drained = false;
2887
2888         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2889         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2890                 return NULL;
2891
2892 retry:
2893         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2894                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2895
2896         /*
2897          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2898          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
2899          * Shrink them them and try again
2900          */
2901         if (!page && !drained) {
2902                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
2903                 drain_all_pages(NULL);
2904                 drained = true;
2905                 goto retry;
2906         }
2907
2908         return page;
2909 }
2910
2911 /*
2912  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2913  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2914  */
2915 static inline struct page *
2916 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2917                                 const struct alloc_context *ac)
2918 {
2919         struct page *page;
2920
2921         do {
2922                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2923                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2924
2925                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2926                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2927                                                                         HZ/50);
2928         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2929
2930         return page;
2931 }
2932
2933 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2934 {
2935         struct zoneref *z;
2936         struct zone *zone;
2937
2938         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2939                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2940                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2941 }
2942
2943 static inline int
2944 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2945 {
2946         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2947
2948         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2949         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2950
2951         /*
2952          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2953          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2954          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2955          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2956          */
2957         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2958
2959         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
2960                 /*
2961                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2962                  * if it can't schedule.
2963                  */
2964                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2965                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2966                 /*
2967                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2968                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2969                  */
2970                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2971         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2972                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2973
2974         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2975                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2976                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2977                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2978                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2979                 else if (!in_interrupt() &&
2980                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2981                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2982                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2983         }
2984 #ifdef CONFIG_CMA
2985         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2986                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2987 #endif
2988         return alloc_flags;
2989 }
2990
2991 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2992 {
2993         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2994 }
2995
2996 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
2997 {
2998         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
2999 }
3000
3001 static inline struct page *
3002 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3003                                                 struct alloc_context *ac)
3004 {
3005         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3006         struct page *page = NULL;
3007         int alloc_flags;
3008         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3009         unsigned long did_some_progress;
3010         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3011         bool deferred_compaction = false;
3012         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3013
3014         /*
3015          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3016          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3017          * be using allocators in order of preference for an area that is
3018          * too large.
3019          */
3020         if (order >= MAX_ORDER) {
3021                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3022                 return NULL;
3023         }
3024
3025         /*
3026          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3027          * callers that are not in atomic context.
3028          */
3029         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3030                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3031                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3032
3033         /*
3034          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3035          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3036          * speculative node-specific allocation.
3037          */
3038         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3039                 goto nopage;
3040
3041 retry:
3042         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3043                 wake_all_kswapds(order, ac);
3044
3045         /*
3046          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3047          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3048          * to how we want to proceed.
3049          */
3050         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3051
3052         /*
3053          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3054          * cpusets.
3055          */
3056         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3057                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3058                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3059                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3060                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3061         }
3062
3063         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3064         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3065                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3066         if (page)
3067                 goto got_pg;
3068
3069         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3070         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3071                 /*
3072                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3073                  * the allocation is high priority and these type of
3074                  * allocations are system rather than user orientated
3075                  */
3076                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3077
3078                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3079
3080                 if (page) {
3081                         goto got_pg;
3082                 }
3083         }
3084
3085         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3086         if (!can_direct_reclaim) {
3087                 /*
3088                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3089                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3090                  * type of allocation to fail.
3091                  */
3092                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3093                 goto nopage;
3094         }
3095
3096         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3097         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3098                 goto nopage;
3099
3100         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3101         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3102                 goto nopage;
3103
3104         /*
3105          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3106          * attempts after direct reclaim are synchronous
3107          */
3108         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3109                                         migration_mode,
3110                                         &contended_compaction,
3111                                         &deferred_compaction);
3112         if (page)
3113                 goto got_pg;
3114
3115         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3116         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3117                 /*
3118                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3119                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3120                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3121                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3122                  * instead of entering direct reclaim.
3123                  */
3124                 if (deferred_compaction)
3125                         goto nopage;
3126
3127                 /*
3128                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3129                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3130                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3131                  * so we fallback to base pages instead.
3132                  */
3133                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3134                         goto nopage;
3135
3136                 /*
3137                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3138                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3139                  * khugepaged trying to collapse.
3140                  */
3141                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3142                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3143                         goto nopage;
3144         }
3145
3146         /*
3147          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3148          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3149          * khugepaged trying to collapse.
3150          */
3151         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3152                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3153
3154         /* Try direct reclaim and then allocating */
3155         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3156                                                         &did_some_progress);
3157         if (page)
3158                 goto got_pg;
3159
3160         /* Do not loop if specifically requested */
3161         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3162                 goto noretry;
3163
3164         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3165         pages_reclaimed += did_some_progress;
3166         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3167             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3168                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3169                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3170                 goto retry;
3171         }
3172
3173         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3174         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3175         if (page)
3176                 goto got_pg;
3177
3178         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3179         if (did_some_progress)
3180                 goto retry;
3181
3182 noretry:
3183         /*
3184          * High-order allocations do not necessarily loop after
3185          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3186          * being called after reclaim so call directly if necessary
3187          */
3188         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3189                                             ac, migration_mode,
3190                                             &contended_compaction,
3191                                             &deferred_compaction);
3192         if (page)
3193                 goto got_pg;
3194 nopage:
3195         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3196 got_pg:
3197         return page;
3198 }
3199
3200 /*
3201  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3202  */
3203 struct page *
3204 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3205                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3206 {
3207         struct zoneref *preferred_zoneref;
3208         struct page *page = NULL;
3209         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3210         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3211         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3212         struct alloc_context ac = {
3213                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3214                 .nodemask = nodemask,
3215                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3216         };
3217
3218         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3219
3220         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3221
3222         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3223
3224         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3225                 return NULL;
3226
3227         /*
3228          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3229          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3230          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3231          */
3232         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3233                 return NULL;
3234
3235         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3236                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3237
3238 retry_cpuset:
3239         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3240
3241         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3242         ac.zonelist = zonelist;
3243
3244         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3245         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3246
3247         /* The preferred zone is used for statistics later */
3248         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3249                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3250                                 &ac.preferred_zone);
3251         if (!ac.preferred_zone)
3252                 goto out;
3253         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3254
3255         /* First allocation attempt */
3256         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3257         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3258         if (unlikely(!page)) {
3259                 /*
3260                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3261                  * can deadlock because I/O on the device might not
3262                  * complete.
3263                  */
3264                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3265                 ac.spread_dirty_pages = false;
3266
3267                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3268         }
3269
3270         if (kmemcheck_enabled && page)
3271                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3272
3273         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3274
3275 out:
3276         /*
3277          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3278          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3279          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3280          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3281          */
3282         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3283                 goto retry_cpuset;
3284
3285         return page;
3286 }
3287 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3288
3289 /*
3290  * Common helper functions.
3291  */
3292 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3293 {
3294         struct page *page;
3295
3296         /*
3297          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3298          * a highmem page
3299          */
3300         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3301
3302         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3303         if (!page)
3304                 return 0;
3305         return (unsigned long) page_address(page);
3306 }
3307 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3308
3309 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3310 {
3311         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3312 }
3313 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3314
3315 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3316 {
3317         if (put_page_testzero(page)) {
3318                 if (order == 0)
3319                         free_hot_cold_page(page, false);
3320                 else
3321                         __free_pages_ok(page, order);
3322         }
3323 }
3324
3325 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3326
3327 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3328 {
3329         if (addr != 0) {
3330                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3331                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3332         }
3333 }
3334
3335 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3336
3337 /*
3338  * Page Fragment:
3339  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3340  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3341  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3342  *
3343  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3344  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3345  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3346  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3347  */
3348 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3349                                        gfp_t gfp_mask)
3350 {
3351         struct page *page = NULL;
3352         gfp_t gfp = gfp_mask;
3353
3354 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3355         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3356                     __GFP_NOMEMALLOC;
3357         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3358                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3359         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3360 #endif
3361         if (unlikely(!page))
3362                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3363
3364         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3365
3366         return page;
3367 }
3368
3369 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3370                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3371 {
3372         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3373         struct page *page;
3374         int offset;
3375
3376         if (unlikely(!nc->va)) {
3377 refill:
3378                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3379                 if (!page)
3380                         return NULL;
3381
3382 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3383                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3384                 size = nc->size;
3385 #endif
3386                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3387                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3388                  */
3389                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3390
3391                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3392                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3393                 nc->pagecnt_bias = size;
3394                 nc->offset = size;
3395         }
3396
3397         offset = nc->offset - fragsz;
3398         if (unlikely(offset < 0)) {
3399                 page = virt_to_page(nc->va);
3400
3401                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3402                         goto refill;
3403
3404 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3405                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3406                 size = nc->size;
3407 #endif
3408                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3409                 atomic_set(&page->_count, size);
3410
3411                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3412                 nc->pagecnt_bias = size;
3413                 offset = size - fragsz;
3414         }
3415
3416         nc->pagecnt_bias--;
3417         nc->offset = offset;
3418
3419         return nc->va + offset;
3420 }
3421 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3422
3423 /*
3424  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3425  */
3426 void __free_page_frag(void *addr)
3427 {
3428         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3429
3430         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3431                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3432 }
3433 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3434
3435 /*
3436  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3437  * of the current memory cgroup.
3438  *
3439  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3440  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3441  */
3442 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3443 {
3444         struct page *page;
3445
3446         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3447         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3448                 __free_pages(page, order);
3449                 page = NULL;
3450         }
3451         return page;
3452 }
3453
3454 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3455 {
3456         struct page *page;
3457
3458         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3459         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3460                 __free_pages(page, order);
3461                 page = NULL;
3462         }
3463         return page;
3464 }
3465
3466 /*
3467  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3468  * alloc_kmem_pages.
3469  */
3470 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3471 {
3472         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3473         __free_pages(page, order);
3474 }
3475
3476 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3477 {
3478         if (addr != 0) {
3479                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3480                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3481         }
3482 }
3483
3484 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3485                 size_t size)
3486 {
3487         if (addr) {
3488                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3489                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3490
3491                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3492                 while (used < alloc_end) {
3493                         free_page(used);
3494                         used += PAGE_SIZE;
3495                 }
3496         }
3497         return (void *)addr;
3498 }
3499
3500 /**
3501  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3502  * @size: the number of bytes to allocate
3503  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3504  *
3505  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3506  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3507  * allocate memory in power-of-two pages.
3508  *
3509  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3510  *
3511  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3512  */
3513 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3514 {
3515         unsigned int order = get_order(size);
3516         unsigned long addr;
3517
3518         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3519         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3520 }
3521 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3522
3523 /**
3524  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3525  *                         pages on a node.
3526  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3527  * @size: the number of bytes to allocate
3528  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3529  *
3530  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3531  * back.
3532  */
3533 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3534 {
3535         unsigned int order = get_order(size);
3536         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3537         if (!p)
3538                 return NULL;
3539         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3540 }
3541
3542 /**
3543  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3544  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3545  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3546  *
3547  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3548  */
3549 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3550 {
3551         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3552         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3553
3554         while (addr < end) {
3555                 free_page(addr);
3556                 addr += PAGE_SIZE;
3557         }
3558 }
3559 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3560
3561 /**
3562  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3563  * @offset: The zone index of the highest zone
3564  *
3565  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3566  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3567  * zone, the number of pages is calculated as:
3568  *     managed_pages - high_pages
3569  */
3570 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3571 {
3572         struct zoneref *z;
3573         struct zone *zone;
3574
3575         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3576         unsigned long sum = 0;
3577
3578         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3579
3580         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3581                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3582                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3583                 if (size > high)
3584                         sum += size - high;
3585         }
3586
3587         return sum;
3588 }
3589
3590 /**
3591  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3592  *
3593  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3594  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3595  */
3596 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3597 {
3598         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3599 }
3600 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3601
3602 /**
3603  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3604  *
3605  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3606  * high watermark within all zones.
3607  */
3608 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3609 {
3610         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3611 }
3612
3613 static inline void show_node(struct zone *zone)
3614 {
3615         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3616                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3617 }
3618
3619 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3620 {
3621         val->totalram = totalram_pages;
3622         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3623         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3624         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3625         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3626         val->freehigh = nr_free_highpages();
3627         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3628 }
3629
3630 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3631
3632 #ifdef CONFIG_NUMA
3633 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3634 {
3635         int zone_type;          /* needs to be signed */
3636         unsigned long managed_pages = 0;
3637         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3638
3639         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3640                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3641         val->totalram = managed_pages;
3642         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3643         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3644 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3645         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3646         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3647                         NR_FREE_PAGES);
3648 #else
3649         val->totalhigh = 0;
3650         val->freehigh = 0;
3651 #endif
3652         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3653 }
3654 #endif
3655
3656 /*
3657  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3658  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3659  */
3660 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3661 {
3662         bool ret = false;
3663         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3664
3665         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3666                 goto out;
3667
3668         do {
3669                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3670                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3671         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3672 out:
3673         return ret;
3674 }
3675
3676 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3677
3678 static void show_migration_types(unsigned char type)
3679 {
3680         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3681                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3682                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3683                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3684                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3685 #ifdef CONFIG_CMA
3686                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3687 #endif
3688 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3689                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3690 #endif
3691         };
3692         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3693         char *p = tmp;
3694         int i;
3695
3696         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3697                 if (type & (1 << i))
3698                         *p++ = types[i];
3699         }
3700
3701         *p = '\0';
3702         printk("(%s) ", tmp);
3703 }
3704
3705 /*
3706  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3707  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3708  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3709  *
3710  * Bits in @filter:
3711  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3712  *   cpuset.
3713  */
3714 void show_free_areas(unsigned int filter)
3715 {
3716         unsigned long free_pcp = 0;
3717         int cpu;
3718         struct zone *zone;
3719
3720         for_each_populated_zone(zone) {
3721                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3722                         continue;
3723
3724                 for_each_online_cpu(cpu)
3725                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3726         }
3727
3728         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3729                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3730                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3731                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3732                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3733                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3734                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3735                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3736                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3737                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3738                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3739                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3740                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3741                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3742                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3743                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3744                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3745                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3746                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3747                 global_page_state(NR_SHMEM),
3748                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3749                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3750                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3751                 free_pcp,
3752                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3753
3754         for_each_populated_zone(zone) {
3755                 int i;
3756
3757                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3758                         continue;
3759
3760                 free_pcp = 0;
3761                 for_each_online_cpu(cpu)
3762                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3763
3764                 show_node(zone);
3765                 printk("%s"
3766                         " free:%lukB"
3767                         " min:%lukB"
3768                         " low:%lukB"
3769                         " high:%lukB"
3770                         " active_anon:%lukB"
3771                         " inactive_anon:%lukB"
3772                         " active_file:%lukB"
3773                         " inactive_file:%lukB"
3774                         " unevictable:%lukB"
3775                         " isolated(anon):%lukB"
3776                         " isolated(file):%lukB"
3777                         " present:%lukB"
3778                         " managed:%lukB"
3779                         " mlocked:%lukB"
3780                         " dirty:%lukB"
3781                         " writeback:%lukB"
3782                         " mapped:%lukB"
3783                         " shmem:%lukB"
3784                         " slab_reclaimable:%lukB"
3785                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3786                         " kernel_stack:%lukB"
3787                         " pagetables:%lukB"
3788                         " unstable:%lukB"
3789                         " bounce:%lukB"
3790                         " free_pcp:%lukB"
3791                         " local_pcp:%ukB"
3792                         " free_cma:%lukB"
3793                         " writeback_tmp:%lukB"
3794                         " pages_scanned:%lu"
3795                         " all_unreclaimable? %s"
3796                         "\n",
3797                         zone->name,
3798                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3799                         K(min_wmark_pages(zone)),
3800                         K(low_wmark_pages(zone)),
3801                         K(high_wmark_pages(zone)),
3802                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3803                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3804                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3805                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3806                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3807                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3808                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3809                         K(zone->present_pages),
3810                         K(zone->managed_pages),
3811                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3812                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3813                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3814                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3815                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3816                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3817                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3818                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3819                                 THREAD_SIZE / 1024,
3820                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3821                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3822                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3823                         K(free_pcp),
3824                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3825                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3826                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3827                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3828                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3829                         );
3830                 printk("lowmem_reserve[]:");
3831                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3832                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3833                 printk("\n");
3834         }
3835
3836         for_each_populated_zone(zone) {
3837                 unsigned int order;
3838                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3839                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3840
3841                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3842                         continue;
3843                 show_node(zone);
3844                 printk("%s: ", zone->name);
3845
3846                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3847                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3848                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3849                         int type;
3850
3851                         nr[order] = area->nr_free;
3852                         total += nr[order] << order;
3853
3854                         types[order] = 0;
3855                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3856                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3857                                         types[order] |= 1 << type;
3858                         }
3859                 }
3860                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3861                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3862                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3863                         if (nr[order])
3864                                 show_migration_types(types[order]);
3865                 }
3866                 printk("= %lukB\n", K(total));
3867         }
3868
3869         hugetlb_show_meminfo();
3870
3871         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3872
3873         show_swap_cache_info();
3874 }
3875
3876 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3877 {
3878         zoneref->zone = zone;
3879         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3880 }
3881
3882 /*
3883  * Builds allocation fallback zone lists.
3884  *
3885  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3886  */
3887 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3888                                 int nr_zones)
3889 {
3890         struct zone *zone;
3891         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3892
3893         do {
3894                 zone_type--;
3895                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3896                 if (populated_zone(zone)) {
3897                         zoneref_set_zone(zone,
3898                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3899                         check_highest_zone(zone_type);
3900                 }
3901         } while (zone_type);
3902
3903         return nr_zones;
3904 }
3905
3906
3907 /*
3908  *  zonelist_order:
3909  *  0 = automatic detection of better ordering.
3910  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3911  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3912  *
3913  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3914  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3915  */
3916 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3917 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3918 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3919
3920 /* zonelist order in the kernel.
3921  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3922  */
3923 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3924 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3925
3926
3927 #ifdef CONFIG_NUMA
3928 /* The value user specified ....changed by config */
3929 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3930 /* string for sysctl */
3931 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3932 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3933
3934 /*
3935  * interface for configure zonelist ordering.
3936  * command line option "numa_zonelist_order"
3937  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3938  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3939  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3940  */
3941
3942 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3943 {
3944         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3945                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3946         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3947                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3948         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3949                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3950         } else {
3951                 printk(KERN_WARNING
3952                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3953                         "%s\n", s);
3954                 return -EINVAL;
3955         }
3956         return 0;
3957 }
3958
3959 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3960 {
3961         int ret;
3962
3963         if (!s)
3964                 return 0;
3965
3966         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3967         if (ret == 0)
3968                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3969
3970         return ret;
3971 }
3972 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3973
3974 /*
3975  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3976  */
3977 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3978                 void __user *buffer, size_t *length,
3979                 loff_t *ppos)
3980 {
3981         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3982         int ret;
3983         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3984
3985         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3986         if (write) {
3987                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3988                         ret = -EINVAL;
3989                         goto out;
3990                 }
3991                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3992         }
3993         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3994         if (ret)
3995                 goto out;
3996         if (write) {
3997                 int oldval = user_zonelist_order;
3998
3999                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4000                 if (ret) {
4001                         /*
4002                          * bogus value.  restore saved string
4003                          */
4004                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4005                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4006                         user_zonelist_order = oldval;
4007                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4008                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4009                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4010                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4011                 }
4012         }
4013 out:
4014         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4015         return ret;
4016 }
4017
4018
4019 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4020 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4021
4022 /**
4023  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4024  * @node: node whose fallback list we're appending
4025  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4026  *
4027  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4028  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4029  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4030  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4031  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4032  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4033  * on them otherwise.
4034  * It returns -1 if no node is found.
4035  */
4036 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4037 {
4038         int n, val;
4039         int min_val = INT_MAX;
4040         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4041         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4042
4043         /* Use the local node if we haven't already */
4044         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4045                 node_set(node, *used_node_mask);
4046                 return node;
4047         }
4048
4049         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4050
4051                 /* Don't want a node to appear more than once */
4052                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4053                         continue;
4054
4055                 /* Use the distance array to find the distance */
4056                 val = node_distance(node, n);
4057
4058                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4059                 val += (n < node);
4060
4061                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4062                 tmp = cpumask_of_node(n);
4063                 if (!cpumask_empty(tmp))
4064                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4065
4066                 /* Slight preference for less loaded node */
4067                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4068                 val += node_load[n];
4069
4070                 if (val < min_val) {
4071                         min_val = val;
4072                         best_node = n;
4073                 }
4074         }
4075
4076         if (best_node >= 0)
4077                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4078
4079         return best_node;
4080 }
4081
4082
4083 /*
4084  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4085  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4086  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4087  */
4088 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4089 {
4090         int j;
4091         struct zonelist *zonelist;
4092
4093         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4094         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4095                 ;
4096         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4097         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4098         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4099 }
4100
4101 /*
4102  * Build gfp_thisnode zonelists
4103  */
4104 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4105 {
4106         int j;
4107         struct zonelist *zonelist;
4108
4109         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4110         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4111         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4112         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4113 }
4114
4115 /*
4116  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4117  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4118  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4119  * may still exist in local DMA zone.
4120  */
4121 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4122
4123 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4124 {
4125         int pos, j, node;
4126         int zone_type;          /* needs to be signed */
4127         struct zone *z;
4128         struct zonelist *zonelist;
4129
4130         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4131         pos = 0;
4132         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4133                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4134                         node = node_order[j];
4135                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4136                         if (populated_zone(z)) {
4137                                 zoneref_set_zone(z,
4138                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4139                                 check_highest_zone(zone_type);
4140                         }
4141                 }
4142         }
4143         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4144         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4145 }
4146
4147 #if defined(CONFIG_64BIT)
4148 /*
4149  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4150  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4151  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4152  */
4153 static int default_zonelist_order(void)
4154 {
4155         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4156 }
4157 #else
4158 /*
4159  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4160  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4161  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4162  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4163  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4164  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4165  */
4166 static int default_zonelist_order(void)
4167 {
4168         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4169 }
4170 #endif /* CONFIG_64BIT */
4171
4172 static void set_zonelist_order(void)
4173 {
4174         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4175                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4176         else
4177                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4178 }
4179
4180 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4181 {
4182         int j, node, load;
4183         enum zone_type i;
4184         nodemask_t used_mask;
4185         int local_node, prev_node;
4186         struct zonelist *zonelist;
4187         unsigned int order = current_zonelist_order;
4188
4189         /* initialize zonelists */
4190         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4191                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4192                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4193                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4194         }
4195
4196         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4197         local_node = pgdat->node_id;
4198         load = nr_online_nodes;
4199         prev_node = local_node;
4200         nodes_clear(used_mask);
4201
4202         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4203         j = 0;
4204
4205         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4206                 /*
4207                  * We don't want to pressure a particular node.
4208                  * So adding penalty to the first node in same
4209                  * distance group to make it round-robin.
4210                  */
4211                 if (node_distance(local_node, node) !=
4212                     node_distance(local_node, prev_node))
4213                         node_load[node] = load;
4214
4215                 prev_node = node;
4216                 load--;
4217                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4218                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4219                 else
4220                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4221         }
4222
4223         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4224                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4225                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4226         }
4227
4228         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4229 }
4230
4231 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4232 /*
4233  * Return node id of node used for "local" allocations.
4234  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4235  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4236  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4237  */
4238 int local_memory_node(int node)
4239 {
4240         struct zone *zone;
4241
4242         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4243                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4244                                    NULL,
4245                                    &zone);
4246         return zone->node;
4247 }
4248 #endif
4249
4250 #else   /* CONFIG_NUMA */
4251
4252 static void set_zonelist_order(void)
4253 {
4254         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4255 }
4256
4257 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4258 {
4259         int node, local_node;
4260         enum zone_type j;
4261         struct zonelist *zonelist;
4262
4263         local_node = pgdat->node_id;
4264
4265         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4266         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4267
4268         /*
4269          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4270          * of all the other nodes.
4271          * We don't want to pressure a particular node, so when
4272          * building the zones for node N, we make sure that the
4273          * zones coming right after the local ones are those from
4274          * node N+1 (modulo N)
4275          */
4276         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4277                 if (!node_online(node))
4278                         continue;
4279                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4280         }
4281         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4282                 if (!node_online(node))
4283                         continue;
4284                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4285         }
4286
4287         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4288         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4289 }
4290
4291 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4292
4293 /*
4294  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4295  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4296  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4297  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4298  * with interrupts disabled.
4299  *
4300  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4301  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4302  * hotplugged processors.
4303  *
4304  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4305  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4306  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4307  */
4308 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4309 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4310 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4311
4312 /*
4313  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4314  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4315  */
4316 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4317
4318 /* return values int ....just for stop_machine() */
4319 static int __build_all_zonelists(void *data)
4320 {
4321         int nid;
4322         int cpu;
4323         pg_data_t *self = data;
4324
4325 #ifdef CONFIG_NUMA
4326         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4327 #endif
4328
4329         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4330                 build_zonelists(self);
4331         }
4332
4333         for_each_online_node(nid) {
4334                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4335
4336                 build_zonelists(pgdat);
4337         }
4338
4339         /*
4340          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4341          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4342          * each zone will be allocated later when the per cpu
4343          * allocator is available.
4344          *
4345          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4346          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4347          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4348          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4349          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4350          * (a chicken-egg dilemma).
4351          */
4352         for_each_possible_cpu(cpu) {
4353                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4354
4355 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4356                 /*
4357                  * We now know the "local memory node" for each node--
4358                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4359                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4360                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4361                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4362                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4363                  */
4364                 if (cpu_online(cpu))
4365                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4366 #endif
4367         }
4368
4369         return 0;
4370 }
4371
4372 static noinline void __init
4373 build_all_zonelists_init(void)
4374 {
4375         __build_all_zonelists(NULL);
4376         mminit_verify_zonelist();
4377         cpuset_init_current_mems_allowed();
4378 }
4379
4380 /*
4381  * Called with zonelists_mutex held always
4382  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4383  *
4384  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4385  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4386  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4387  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4388  */
4389 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4390 {
4391         set_zonelist_order();
4392
4393         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4394                 build_all_zonelists_init();
4395         } else {
4396 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4397                 if (zone)
4398                         setup_zone_pageset(zone);
4399 #endif
4400                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4401                    of zonelist */
4402                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4403                 /* cpuset refresh routine should be here */
4404         }
4405         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4406         /*
4407          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4408          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4409          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4410          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4411          * disabled and enable it later
4412          */
4413         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4414                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4415         else
4416                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4417
4418         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4419                 "Total pages: %ld\n",
4420                         nr_online_nodes,
4421                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4422                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4423                         vm_total_pages);
4424 #ifdef CONFIG_NUMA
4425         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4426 #endif
4427 }
4428
4429 /*
4430  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4431  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4432  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4433  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4434  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4435  * conservative, even though it seems large.
4436  *
4437  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4438  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4439  */
4440 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4441
4442 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4443 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4444 {
4445         unsigned long size = 1;
4446
4447         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4448
4449         while (size < pages)
4450                 size <<= 1;
4451
4452         /*
4453          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4454          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4455          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4456          */
4457         size = min(size, 4096UL);
4458
4459         return max(size, 4UL);
4460 }
4461 #else
4462 /*
4463  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4464  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4465  *
4466  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4467  *
4468  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4469  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4470  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4471  *
4472  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4473  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4474  *
4475  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4476  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4477  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4478  */
4479 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4480 {
4481         return 4096UL;
4482 }
4483 #endif
4484
4485 /*
4486  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4487  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4488  * hash function before the remainder is taken.
4489  */
4490 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4491 {
4492         return ffz(~size);
4493 }
4494
4495 /*
4496  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4497  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4498  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4499  */
4500 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4501                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4502 {
4503         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4504         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4505         unsigned long pfn;
4506         struct zone *z;
4507         unsigned long nr_initialised = 0;
4508
4509         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4510                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4511
4512         z = &pgdat->node_zones[zone];
4513         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4514                 /*
4515                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4516                  * handed to this function.  They do not
4517                  * exist on hotplugged memory.
4518                  */
4519                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4520                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4521                                 continue;
4522                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4523                                 continue;
4524                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4525                                                 &nr_initialised))
4526                                 break;
4527                 }
4528
4529                 /*
4530                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4531                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4532                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4533                  * the address space during boot when many long-lived
4534                  * kernel allocations are made.
4535                  *
4536                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4537                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4538                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4539                  * pfn out of zone.
4540                  */
4541                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4542                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4543
4544                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4545                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4546                 } else {
4547                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4548                 }
4549         }
4550 }
4551
4552 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4553 {
4554         unsigned int order, t;
4555         for_each_migratetype_order(order, t) {
4556                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4557                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4558         }
4559 }
4560
4561 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4562 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4563         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4564 #endif
4565
4566 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4567 {
4568 #ifdef CONFIG_MMU
4569         int batch;
4570
4571         /*
4572          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4573          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4574          *
4575          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4576          */
4577         batch = zone->managed_pages / 1024;
4578         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4579                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4580         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4581         if (batch < 1)
4582                 batch = 1;
4583
4584         /*
4585          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4586          * of 2 value was found to be more likely to have
4587          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4588          *
4589          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4590          * batches of pages, one task can end up with a lot
4591          * of pages of one half of the possible page colors
4592          * and the other with pages of the other colors.
4593          */
4594         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4595
4596         return batch;
4597
4598 #else
4599         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4600          * conditions.
4601          *
4602          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4603          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4604          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4605          *
4606          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4607          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4608          * can be a significant delay between the individual batches being
4609          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4610          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4611          */
4612         return 0;
4613 #endif
4614 }
4615
4616 /*
4617  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4618  * ->batch must never be higher then ->high.
4619  * The following function updates them in a safe manner without read side
4620  * locking.
4621  *
4622  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4623  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4624  *
4625  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4626  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4627  * exist).
4628  */
4629 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4630                 unsigned long batch)
4631 {
4632        /* start with a fail safe value for batch */
4633         pcp->batch = 1;
4634         smp_wmb();
4635
4636        /* Update high, then batch, in order */
4637         pcp->high = high;
4638         smp_wmb();
4639
4640         pcp->batch = batch;
4641 }
4642
4643 /* a companion to pageset_set_high() */
4644 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4645 {
4646         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4647 }
4648
4649 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4650 {
4651         struct per_cpu_pages *pcp;
4652         int migratetype;
4653
4654         memset(p, 0, sizeof(*p));
4655
4656         pcp = &p->pcp;
4657         pcp->count = 0;
4658         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4659                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4660 }
4661
4662 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4663 {
4664         pageset_init(p);
4665         pageset_set_batch(p, batch);
4666 }
4667
4668 /*
4669  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4670  * to the value high for the pageset p.
4671  */
4672 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4673                                 unsigned long high)
4674 {
4675         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4676         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4677                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4678
4679         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4680 }
4681
4682 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4683                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4684 {
4685         if (percpu_pagelist_fraction)
4686                 pageset_set_high(pcp,
4687                         (zone->managed_pages /
4688                                 percpu_pagelist_fraction));
4689         else
4690                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4691 }
4692
4693 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4694 {
4695         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4696
4697         pageset_init(pcp);
4698         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4699 }
4700
4701 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4702 {
4703         int cpu;
4704         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4705         for_each_possible_cpu(cpu)
4706                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4707 }
4708
4709 /*
4710  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4711  * Before this call only boot pagesets were available.
4712  */
4713 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4714 {
4715         struct zone *zone;
4716
4717         for_each_populated_zone(zone)
4718                 setup_zone_pageset(zone);
4719 }
4720
4721 static noinline __init_refok
4722 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4723 {
4724         int i;
4725         size_t alloc_size;
4726
4727         /*
4728          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4729          * per zone.
4730          */
4731         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4732                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4733         zone->wait_table_bits =
4734                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4735         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4736                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4737
4738         if (!slab_is_available()) {
4739                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4740                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4741                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4742         } else {
4743                 /*
4744                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4745                  * via memory hot-add.
4746                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4747                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4748                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4749                  * node itself as well.
4750                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4751                  * necessary.
4752                  */
4753                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4754         }
4755         if (!zone->wait_table)
4756                 return -ENOMEM;
4757
4758         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4759                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4760
4761         return 0;
4762 }
4763
4764 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4765 {
4766         /*
4767          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4768          * relies on the ability of the linker to provide the
4769          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4770          */
4771         zone->pageset = &boot_pageset;
4772
4773         if (populated_zone(zone))
4774                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4775                         zone->name, zone->present_pages,
4776                                          zone_batchsize(zone));
4777 }
4778
4779 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4780                                         unsigned long zone_start_pfn,
4781                                         unsigned long size)
4782 {
4783         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4784         int ret;
4785         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4786         if (ret)
4787                 return ret;
4788         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4789
4790         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4791
4792         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4793                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4794                         pgdat->node_id,
4795                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4796                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4797
4798         zone_init_free_lists(zone);
4799
4800         return 0;
4801 }
4802
4803 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4804 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4805
4806 /*
4807  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4808  */
4809 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4810                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4811 {
4812         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4813         int nid;
4814
4815         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4816                 return state->last_nid;
4817
4818         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4819         if (nid != -1) {
4820                 state->last_start = start_pfn;
4821                 state->last_end = end_pfn;
4822                 state->last_nid = nid;
4823         }
4824
4825         return nid;
4826 }
4827 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4828
4829 /**
4830  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4831  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4832  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4833  *
4834  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4835  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4836  * memblock_free_early_nid() manually.
4837  */
4838 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4839 {
4840         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4841         int i, this_nid;
4842
4843         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4844                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4845                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4846
4847                 if (start_pfn < end_pfn)
4848                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4849                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4850                                         this_nid);
4851         }
4852 }
4853
4854 /**
4855  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4856  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4857  *
4858  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4859  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4860  */
4861 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4862 {
4863         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4864         int i, this_nid;
4865
4866         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4867                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4868 }
4869
4870 /**
4871  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4872  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4873  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4874  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4875  *
4876  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4877  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4878  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4879  * PFNs will be 0.
4880  */
4881 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4882                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4883 {
4884         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4885         int i;
4886
4887         *start_pfn = -1UL;
4888         *end_pfn = 0;
4889
4890         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4891                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4892                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4893         }
4894
4895         if (*start_pfn == -1UL)
4896                 *start_pfn = 0;
4897 }
4898
4899 /*
4900  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4901  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4902  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4903  */
4904 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4905 {
4906         int zone_index;
4907         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4908                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4909                         continue;
4910
4911                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4912                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4913                         break;
4914         }
4915
4916         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4917         movable_zone = zone_index;
4918 }
4919
4920 /*
4921  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4922  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4923  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4924  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4925  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4926  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4927  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4928  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4929  */
4930 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4931                                         unsigned long zone_type,
4932                                         unsigned long node_start_pfn,
4933                                         unsigned long node_end_pfn,
4934                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4935                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4936 {
4937         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4938         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4939                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4940                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4941                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4942                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4943                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4944
4945                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4946                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4947                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4948                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4949
4950                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4951                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4952                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4953         }
4954 }
4955
4956 /*
4957  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4958  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4959  */
4960 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4961                                         unsigned long zone_type,
4962                                         unsigned long node_start_pfn,
4963                                         unsigned long node_end_pfn,
4964                                         unsigned long *ignored)
4965 {
4966         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4967
4968         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
4969         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
4970                 return 0;
4971
4972         /* Get the start and end of the zone */
4973         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4974         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4975         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4976                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4977                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4978
4979         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4980         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4981                 return 0;
4982
4983         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4984         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4985         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4986
4987         /* Return the spanned pages */
4988         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4989 }
4990
4991 /*
4992  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4993  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4994  */
4995 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4996                                 unsigned long range_start_pfn,
4997                                 unsigned long range_end_pfn)
4998 {
4999         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5000         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5001         int i;
5002
5003         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5004                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5005                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5006                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5007         }
5008         return nr_absent;
5009 }
5010
5011 /**
5012  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5013  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5014  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5015  *
5016  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5017  */
5018 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5019                                                         unsigned long end_pfn)
5020 {
5021         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5022 }
5023
5024 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5025 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5026                                         unsigned long zone_type,
5027                                         unsigned long node_start_pfn,
5028                                         unsigned long node_end_pfn,
5029                                         unsigned long *ignored)
5030 {
5031         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5032         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5033         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5034
5035         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5036         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5037                 return 0;
5038
5039         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5040         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5041
5042         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5043                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5044                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5045         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5046 }
5047
5048 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5049 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5050                                         unsigned long zone_type,
5051                                         unsigned long node_start_pfn,
5052                                         unsigned long node_end_pfn,
5053                                         unsigned long *zones_size)
5054 {
5055         return zones_size[zone_type];
5056 }
5057
5058 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5059                                                 unsigned long zone_type,
5060                                                 unsigned long node_start_pfn,
5061                                                 unsigned long node_end_pfn,
5062                                                 unsigned long *zholes_size)
5063 {
5064         if (!zholes_size)
5065                 return 0;
5066
5067         return zholes_size[zone_type];
5068 }
5069
5070 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5071
5072 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5073                                                 unsigned long node_start_pfn,
5074                                                 unsigned long node_end_pfn,
5075                                                 unsigned long *zones_size,
5076                                                 unsigned long *zholes_size)
5077 {
5078         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5079         enum zone_type i;
5080
5081         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5082                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5083                 unsigned long size, real_size;
5084
5085                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5086                                                   node_start_pfn,
5087                                                   node_end_pfn,
5088                                                   zones_size);
5089                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5090                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5091                                                   zholes_size);
5092                 zone->spanned_pages = size;
5093                 zone->present_pages = real_size;
5094
5095                 totalpages += size;
5096                 realtotalpages += real_size;
5097         }
5098
5099         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5100         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5101         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5102                                                         realtotalpages);
5103 }
5104
5105 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5106 /*
5107  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5108  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5109  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5110  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5111  * bytes.
5112  */
5113 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5114 {
5115         unsigned long usemapsize;
5116
5117         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5118         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5119         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5120         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5121         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5122
5123         return usemapsize / 8;
5124 }
5125
5126 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5127                                 struct zone *zone,
5128                                 unsigned long zone_start_pfn,
5129                                 unsigned long zonesize)
5130 {
5131         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5132         zone->pageblock_flags = NULL;
5133         if (usemapsize)
5134                 zone->pageblock_flags =
5135                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5136                                                          pgdat->node_id);
5137 }
5138 #else
5139 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5140                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5141 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5142
5143 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5144
5145 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5146 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5147 {
5148         unsigned int order;
5149
5150         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5151         if (pageblock_order)
5152                 return;
5153
5154         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5155                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5156         else
5157                 order = MAX_ORDER - 1;
5158
5159         /*
5160          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5161          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5162          * powerpc.
5163          */
5164         pageblock_order = order;
5165 }
5166 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5167
5168 /*
5169  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5170  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5171  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5172  * the kernel config
5173  */
5174 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5175 {
5176 }
5177
5178 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5179
5180 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5181                                                    unsigned long present_pages)
5182 {
5183         unsigned long pages = spanned_pages;
5184
5185         /*
5186          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5187          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5188          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5189          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5190          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5191          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5192          */
5193         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5194             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5195                 pages = present_pages;
5196
5197         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5198 }
5199
5200 /*
5201  * Set up the zone data structures:
5202  *   - mark all pages reserved
5203  *   - mark all memory queues empty
5204  *   - clear the memory bitmaps
5205  *
5206  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5207  */
5208 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5209 {
5210         enum zone_type j;
5211         int nid = pgdat->node_id;
5212         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5213         int ret;
5214
5215         pgdat_resize_init(pgdat);
5216 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5217         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5218         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5219         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5220 #endif
5221         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5222         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5223         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5224
5225         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5226                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5227                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5228
5229                 size = zone->spanned_pages;
5230                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5231
5232                 /*
5233                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5234                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5235                  * and per-cpu initialisations
5236                  */
5237                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5238                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5239                         if (freesize >= memmap_pages) {
5240                                 freesize -= memmap_pages;
5241                                 if (memmap_pages)
5242                                         printk(KERN_DEBUG
5243                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5244                                                zone_names[j], memmap_pages);
5245                         } else
5246                                 printk(KERN_WARNING
5247                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5248                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5249                 }
5250
5251                 /* Account for reserved pages */
5252                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5253                         freesize -= dma_reserve;
5254                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5255                                         zone_names[0], dma_reserve);
5256                 }
5257
5258                 if (!is_highmem_idx(j))
5259                         nr_kernel_pages += freesize;
5260                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5261                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5262                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5263                 nr_all_pages += freesize;
5264
5265                 /*
5266                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5267                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5268                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5269                  */
5270                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5271 #ifdef CONFIG_NUMA
5272                 zone->node = nid;
5273                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5274                                                 / 100;
5275                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5276 #endif
5277                 zone->name = zone_names[j];
5278                 spin_lock_init(&zone->lock);
5279                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5280                 zone_seqlock_init(zone);
5281                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5282                 zone_pcp_init(zone);
5283
5284                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5285                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5286
5287                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5288                 if (!size)
5289                         continue;
5290
5291                 set_pageblock_order();
5292                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5293                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5294                 BUG_ON(ret);
5295                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5296                 zone_start_pfn += size;
5297         }
5298 }
5299
5300 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5301 {
5302         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5303         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5304
5305         /* Skip empty nodes */
5306         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5307                 return;
5308
5309 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5310         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5311         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5312         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5313         if (!pgdat->node_mem_map) {
5314                 unsigned long size, end;
5315                 struct page *map;
5316
5317                 /*
5318                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5319                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5320                  * for the buddy allocator to function correctly.
5321                  */
5322                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5323                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5324                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5325                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5326                 if (!map)
5327                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5328                                                                pgdat->node_id);
5329                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5330         }
5331 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5332         /*
5333          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5334          */
5335         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5336                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5337 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5338                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5339                         mem_map -= offset;
5340 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5341         }
5342 #endif
5343 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5344 }
5345
5346 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5347                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5348 {
5349         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5350         unsigned long start_pfn = 0;
5351         unsigned long end_pfn = 0;
5352
5353         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5354         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5355
5356         reset_deferred_meminit(pgdat);
5357         pgdat->node_id = nid;
5358         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5359 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5360         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5361         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5362                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5363                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5364 #endif
5365         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5366                                   zones_size, zholes_size);
5367
5368         alloc_node_mem_map(pgdat);
5369 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5370         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5371                 nid, (unsigned long)pgdat,
5372                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5373 #endif
5374
5375         free_area_init_core(pgdat);
5376 }
5377
5378 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5379
5380 #if MAX_NUMNODES > 1
5381 /*
5382  * Figure out the number of possible node ids.
5383  */
5384 void __init setup_nr_node_ids(void)
5385 {
5386         unsigned int highest;
5387
5388         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5389         nr_node_ids = highest + 1;
5390 }
5391 #endif
5392
5393 /**
5394  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5395  *
5396  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5397  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5398  * all the nodes.
5399  *
5400  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5401  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5402  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5403  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5404  *
5405  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5406  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5407  * populated node map.
5408  *
5409  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5410  * requirement (single node).
5411  */
5412 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5413 {
5414         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5415         unsigned long start, end, mask;
5416         int last_nid = -1;
5417         int i, nid;
5418
5419         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5420                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5421                         last_nid = nid;
5422                         last_end = end;
5423                         continue;
5424                 }
5425
5426                 /*
5427                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5428                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5429                  * too coarse to separate the current node from the last.
5430                  */
5431                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5432                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5433                         mask <<= 1;
5434
5435                 /* accumulate all internode masks */
5436                 accl_mask |= mask;
5437         }
5438
5439         /* convert mask to number of pages */
5440         return ~accl_mask + 1;
5441 }
5442
5443 /* Find the lowest pfn for a node */
5444 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5445 {
5446         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5447         unsigned long start_pfn;
5448         int i;
5449
5450         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5451                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5452
5453         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5454                 printk(KERN_WARNING
5455                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5456                 return 0;
5457         }
5458
5459         return min_pfn;
5460 }
5461
5462 /**
5463  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5464  *
5465  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5466  * memblock_set_node().
5467  */
5468 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5469 {
5470         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5471 }
5472
5473 /*
5474  * early_calculate_totalpages()
5475  * Sum pages in active regions for movable zone.
5476  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5477  */
5478 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5479 {
5480         unsigned long totalpages = 0;
5481         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5482         int i, nid;
5483
5484         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5485                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5486
5487                 totalpages += pages;
5488                 if (pages)
5489                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5490         }
5491         return totalpages;
5492 }
5493
5494 /*
5495  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5496  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5497  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5498  * others
5499  */
5500 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5501 {
5502         int i, nid;
5503         unsigned long usable_startpfn;
5504         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5505         /* save the state before borrow the nodemask */
5506         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5507         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5508         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5509         struct memblock_region *r;
5510
5511         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5512         find_usable_zone_for_movable();
5513
5514         /*
5515          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5516          * options.
5517          */
5518         if (movable_node_is_enabled()) {
5519                 for_each_memblock(memory, r) {
5520                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5521                                 continue;
5522
5523                         nid = r->nid;
5524
5525                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5526                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5527                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5528                                 usable_startpfn;
5529                 }
5530
5531                 goto out2;
5532         }
5533
5534         /*
5535          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5536          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5537          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5538          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5539          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5540          * what movablecore would have allowed.
5541          */
5542         if (required_movablecore) {
5543                 unsigned long corepages;
5544
5545                 /*
5546                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5547                  * was requested by the user
5548                  */
5549                 required_movablecore =
5550                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5551                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5552                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5553
5554                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5555         }
5556
5557         /*
5558          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5559          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5560          */
5561         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5562                 goto out;
5563
5564         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5565         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5566
5567 restart:
5568         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5569         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5570         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5571                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5572
5573                 /*
5574                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5575                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5576                  * amount of memory for the kernel
5577                  */
5578                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5579                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5580
5581                 /*
5582                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5583                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5584                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5585                  */
5586                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5587
5588                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5589                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5590                         unsigned long size_pages;
5591
5592                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5593                         if (start_pfn >= end_pfn)
5594                                 continue;
5595
5596                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5597                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5598                                 unsigned long kernel_pages;
5599                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5600                                                                 - start_pfn;
5601
5602                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5603                                                         kernelcore_remaining);
5604                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5605                                                         required_kernelcore);
5606
5607                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5608                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5609
5610                                         /*
5611                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5612                                          * that if we have to rebalance
5613                                          * kernelcore across nodes, we will
5614                                          * not double account here
5615                                          */
5616                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5617                                         continue;
5618                                 }
5619                                 start_pfn = usable_startpfn;
5620                         }
5621
5622                         /*
5623                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5624                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5625                          * number of pages used as kernelcore
5626                          */
5627                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5628                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5629                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5630                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5631
5632                         /*
5633                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5634                          * break if the kernelcore for this node has been
5635                          * satisfied
5636                          */
5637                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5638                                                                 size_pages);
5639                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5640                         if (!kernelcore_remaining)
5641                                 break;
5642                 }
5643         }
5644
5645         /*
5646          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5647          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5648          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5649          * satisfied
5650          */
5651         usable_nodes--;
5652         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5653                 goto restart;
5654
5655 out2:
5656         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5657         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5658                 zone_movable_pfn[nid] =
5659                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5660
5661 out:
5662         /* restore the node_state */
5663         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5664 }
5665
5666 /* Any regular or high memory on that node ? */
5667 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5668 {
5669         enum zone_type zone_type;
5670
5671         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5672                 return;
5673
5674         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5675                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5676                 if (populated_zone(zone)) {
5677                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5678                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5679                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5680                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5681                         break;
5682                 }
5683         }
5684 }
5685
5686 /**
5687  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5688  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5689  *
5690  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5691  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5692  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5693  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5694  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5695  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5696  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5697  * at arch_max_dma_pfn.
5698  */
5699 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5700 {
5701         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5702         int i, nid;
5703
5704         /* Record where the zone boundaries are */
5705         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5706                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5707         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5708                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5709         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5710         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5711         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5712                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5713                         continue;
5714                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5715                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5716                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5717                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5718         }
5719         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5720         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5721
5722         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5723         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5724         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5725
5726         /* Print out the zone ranges */
5727         pr_info("Zone ranges:\n");
5728         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5729                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5730                         continue;
5731                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5732                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5733                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5734                         pr_cont("empty\n");
5735                 else
5736                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5737                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5738                                         << PAGE_SHIFT,
5739                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5740                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5741         }
5742
5743         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5744         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5745         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5746                 if (zone_movable_pfn[i])
5747                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5748                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5749         }
5750
5751         /* Print out the early node map */
5752         pr_info("Early memory node ranges\n");
5753         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5754                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5755                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5756                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5757
5758         /* Initialise every node */
5759         mminit_verify_pageflags_layout();
5760         setup_nr_node_ids();
5761         for_each_online_node(nid) {
5762                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5763                 free_area_init_node(nid, NULL,
5764                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5765
5766                 /* Any memory on that node */
5767                 if (pgdat->node_present_pages)
5768                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5769                 check_for_memory(pgdat, nid);
5770         }
5771 }
5772
5773 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5774 {
5775         unsigned long long coremem;
5776         if (!p)
5777                 return -EINVAL;
5778
5779         coremem = memparse(p, &p);
5780         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5781
5782         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5783         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5784
5785         return 0;
5786 }
5787
5788 /*
5789  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5790  * cannot be reclaimed or migrated.
5791  */
5792 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5793 {
5794         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5795 }
5796
5797 /*
5798  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5799  * can be reclaimed or migrated.
5800  */
5801 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5802 {
5803         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5804 }
5805
5806 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5807 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5808
5809 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5810
5811 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5812 {
5813         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5814         page_zone(page)->managed_pages += count;
5815         totalram_pages += count;
5816 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5817         if (PageHighMem(page))
5818                 totalhigh_pages += count;
5819 #endif
5820         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5821 }
5822 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5823
5824 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5825 {
5826         void *pos;
5827         unsigned long pages = 0;
5828
5829         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5830         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5831         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5832                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5833                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5834                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5835         }
5836
5837         if (pages && s)
5838                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5839                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5840
5841         return pages;
5842 }
5843 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5844
5845 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5846 void free_highmem_page(struct page *page)
5847 {
5848         __free_reserved_page(page);
5849         totalram_pages++;
5850         page_zone(page)->managed_pages++;
5851         totalhigh_pages++;
5852 }
5853 #endif
5854
5855
5856 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5857 {
5858         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5859         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5860
5861         physpages = get_num_physpages();
5862         codesize = _etext - _stext;
5863         datasize = _edata - _sdata;
5864         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5865         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5866         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5867         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5868
5869         /*
5870          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5871          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5872          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5873          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5874          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5875          */
5876 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5877         do { \
5878                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5879                         size -= adj; \
5880         } while (0)
5881
5882         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5883                      _sinittext, init_code_size);
5884         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5885         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5886         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5887         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5888
5889 #undef  adj_init_size
5890
5891         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5892                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5893                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5894 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5895                ", %luK highmem"
5896 #endif
5897                "%s%s)\n",
5898                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5899                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5900                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5901                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5902                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5903 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5904                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5905 #endif
5906                str ? ", " : "", str ? str : "");
5907 }
5908
5909 /**
5910  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5911  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5912  *
5913  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
5914  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5915  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5916  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5917  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5918  * smaller per-cpu batchsize.
5919  */
5920 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5921 {
5922         dma_reserve = new_dma_reserve;
5923 }
5924
5925 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5926 {
5927         free_area_init_node(0, zones_size,
5928                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5929 }
5930
5931 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5932                                  unsigned long action, void *hcpu)
5933 {
5934         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5935
5936         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5937                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5938                 drain_pages(cpu);
5939
5940                 /*
5941                  * Spill the event counters of the dead processor
5942                  * into the current processors event counters.
5943                  * This artificially elevates the count of the current
5944                  * processor.
5945                  */
5946                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5947
5948                 /*
5949                  * Zero the differential counters of the dead processor
5950                  * so that the vm statistics are consistent.
5951                  *
5952                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5953                  * race with what we are doing.
5954                  */
5955                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5956         }
5957         return NOTIFY_OK;
5958 }
5959
5960 void __init page_alloc_init(void)
5961 {
5962         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5963 }
5964
5965 /*
5966  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5967  *      or min_free_kbytes changes.
5968  */
5969 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5970 {
5971         struct pglist_data *pgdat;
5972         unsigned long reserve_pages = 0;
5973         enum zone_type i, j;
5974
5975         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5976                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5977                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5978                         long max = 0;
5979
5980                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5981                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5982                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5983                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5984                         }
5985
5986                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5987                         max += high_wmark_pages(zone);
5988
5989                         if (max > zone->managed_pages)
5990                                 max = zone->managed_pages;
5991                         reserve_pages += max;
5992                         /*
5993                          * Lowmem reserves are not available to
5994                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5995                          * kswapd tries to balance zones to their high
5996                          * watermark.  As a result, neither should be
5997                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5998                          * situation where reclaim has to clean pages
5999                          * in order to balance the zones.
6000                          */
6001                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6002                 }
6003         }
6004         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6005         totalreserve_pages = reserve_pages;
6006 }
6007
6008 /*
6009  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6010  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6011  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6012  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6013  */
6014 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6015 {
6016         struct pglist_data *pgdat;
6017         enum zone_type j, idx;
6018
6019         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6020                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6021                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6022                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6023
6024                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6025
6026                         idx = j;
6027                         while (idx) {
6028                                 struct zone *lower_zone;
6029
6030                                 idx--;
6031
6032                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6033                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6034
6035                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6036                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6037                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6038                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6039                         }
6040                 }
6041         }
6042
6043         /* update totalreserve_pages */
6044         calculate_totalreserve_pages();
6045 }
6046
6047 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6048 {
6049         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6050         unsigned long pages_low = extra_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6051         unsigned long lowmem_pages = 0;
6052         struct zone *zone;
6053         unsigned long flags;
6054
6055         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6056         for_each_zone(zone) {
6057                 if (!is_highmem(zone))
6058                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6059         }
6060
6061         for_each_zone(zone) {
6062                 u64 min, low;
6063
6064                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6065                 min = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6066                 do_div(min, lowmem_pages);
6067                 low = (u64)pages_low * zone->managed_pages;
6068                 do_div(low, vm_total_pages);
6069
6070                 if (is_highmem(zone)) {
6071                         /*
6072                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6073                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6074                          * value here.
6075                          *
6076                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6077                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6078                          * not be capped for highmem.
6079                          */
6080                         unsigned long min_pages;
6081
6082                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6083                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6084                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6085                 } else {
6086                         /*
6087                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6088                          * proportionate to the zone's size.
6089                          */
6090                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min;
6091                 }
6092
6093                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) +
6094                                         low + (min >> 2);
6095                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) +
6096                                         low + (min >> 1);
6097
6098                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6099                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6100                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6101
6102                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6103         }
6104
6105         /* update totalreserve_pages */
6106         calculate_totalreserve_pages();
6107 }
6108
6109 /**
6110  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6111  * or when memory is hot-{added|removed}
6112  *
6113  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6114  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6115  */
6116 void setup_per_zone_wmarks(void)
6117 {
6118         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6119         __setup_per_zone_wmarks();
6120         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6121 }
6122
6123 /*
6124  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6125  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6126  * to be referenced again before it is swapped out.
6127  *
6128  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6129  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6130  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6131  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6132  *
6133  * total     target    max
6134  * memory    ratio     inactive anon
6135  * -------------------------------------
6136  *   10MB       1         5MB
6137  *  100MB       1        50MB
6138  *    1GB       3       250MB
6139  *   10GB      10       0.9GB
6140  *  100GB      31         3GB
6141  *    1TB     101        10GB
6142  *   10TB     320        32GB
6143  */
6144 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6145 {
6146         unsigned int gb, ratio;
6147
6148         /* Zone size in gigabytes */
6149         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6150         if (gb)
6151                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6152         else
6153                 ratio = 1;
6154
6155         zone->inactive_ratio = ratio;
6156 }
6157
6158 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6159 {
6160         struct zone *zone;
6161
6162         for_each_zone(zone)
6163                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6164 }
6165
6166 /*
6167  * Initialise min_free_kbytes.
6168  *
6169  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6170  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6171  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6172  *
6173  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6174  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6175  *
6176  * which yields
6177  *
6178  * 16MB:        512k
6179  * 32MB:        724k
6180  * 64MB:        1024k
6181  * 128MB:       1448k
6182  * 256MB:       2048k
6183  * 512MB:       2896k
6184  * 1024MB:      4096k
6185  * 2048MB:      5792k
6186  * 4096MB:      8192k
6187  * 8192MB:      11584k
6188  * 16384MB:     16384k
6189  */
6190 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6191 {
6192         unsigned long lowmem_kbytes;
6193         int new_min_free_kbytes;
6194
6195         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6196         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6197
6198         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6199                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6200                 if (min_free_kbytes < 128)
6201                         min_free_kbytes = 128;
6202                 if (min_free_kbytes > 65536)
6203                         min_free_kbytes = 65536;
6204         } else {
6205                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6206                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6207         }
6208         setup_per_zone_wmarks();
6209         refresh_zone_stat_thresholds();
6210         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6211         setup_per_zone_inactive_ratio();
6212         return 0;
6213 }
6214 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6215
6216 /*
6217  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6218  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6219  *      or extra_free_kbytes changes.
6220  */
6221 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6222         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6223 {
6224         int rc;
6225
6226         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6227         if (rc)
6228                 return rc;
6229
6230         if (write) {
6231                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6232                 setup_per_zone_wmarks();
6233         }
6234         return 0;
6235 }
6236
6237 #ifdef CONFIG_NUMA
6238 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6239         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6240 {
6241         struct zone *zone;
6242         int rc;
6243
6244         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6245         if (rc)
6246                 return rc;
6247
6248         for_each_zone(zone)
6249                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6250                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6251         return 0;
6252 }
6253
6254 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6255         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6256 {
6257         struct zone *zone;
6258         int rc;
6259
6260         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6261         if (rc)
6262                 return rc;
6263
6264         for_each_zone(zone)
6265                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6266                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6267         return 0;
6268 }
6269 #endif
6270
6271 /*
6272  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6273  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6274  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6275  *
6276  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6277  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6278  * if in function of the boot time zone sizes.
6279  */
6280 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6281         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6282 {
6283         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6284         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6285         return 0;
6286 }
6287
6288 /*
6289  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6290  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6291  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6292  */
6293 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6294         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6295 {
6296         struct zone *zone;
6297         int old_percpu_pagelist_fraction;
6298         int ret;
6299
6300         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6301         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6302
6303         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6304         if (!write || ret < 0)
6305                 goto out;
6306
6307         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6308         if (percpu_pagelist_fraction &&
6309             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6310                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6311                 ret = -EINVAL;
6312                 goto out;
6313         }
6314
6315         /* No change? */
6316         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6317                 goto out;
6318
6319         for_each_populated_zone(zone) {
6320                 unsigned int cpu;
6321
6322                 for_each_possible_cpu(cpu)
6323                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6324                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6325         }
6326 out:
6327         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6328         return ret;
6329 }
6330
6331 #ifdef CONFIG_NUMA
6332 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6333
6334 static int __init set_hashdist(char *str)
6335 {
6336         if (!str)
6337                 return 0;
6338         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6339         return 1;
6340 }
6341 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6342 #endif
6343
6344 /*
6345  * allocate a large system hash table from bootmem
6346  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6347  *   quantity of entries
6348  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6349  */
6350 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6351                                      unsigned long bucketsize,
6352                                      unsigned long numentries,
6353                                      int scale,
6354                                      int flags,
6355                                      unsigned int *_hash_shift,
6356                                      unsigned int *_hash_mask,
6357                                      unsigned long low_limit,
6358                                      unsigned long high_limit)
6359 {
6360         unsigned long long max = high_limit;
6361         unsigned long log2qty, size;
6362         void *table = NULL;
6363
6364         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6365         if (!numentries) {
6366                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6367                 numentries = nr_kernel_pages;
6368
6369                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6370                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6371                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6372
6373                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6374                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6375                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6376                 else
6377                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6378
6379                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6380                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6381                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6382                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6383                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6384                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6385                                 BUG_ON(!numentries);
6386                         }
6387                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6388                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6389         }
6390         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6391
6392         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6393         if (max == 0) {
6394                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6395                 do_div(max, bucketsize);
6396         }
6397         max = min(max, 0x80000000ULL);
6398
6399         if (numentries < low_limit)
6400                 numentries = low_limit;
6401         if (numentries > max)
6402                 numentries = max;
6403
6404         log2qty = ilog2(numentries);
6405
6406         do {
6407                 size = bucketsize << log2qty;
6408                 if (flags & HASH_EARLY)
6409                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6410                 else if (hashdist)
6411                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6412                 else {
6413                         /*
6414                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6415                          * some pages at the end of hash table which
6416                          * alloc_pages_exact() automatically does
6417                          */
6418                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6419                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6420                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6421                         }
6422                 }
6423         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6424
6425         if (!table)
6426                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6427
6428         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6429                tablename,
6430                (1UL << log2qty),
6431                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6432                size);
6433
6434         if (_hash_shift)
6435                 *_hash_shift = log2qty;
6436         if (_hash_mask)
6437                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6438
6439         return table;
6440 }
6441
6442 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6443 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6444                                                         unsigned long pfn)
6445 {
6446 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6447         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6448 #else
6449         return zone->pageblock_flags;
6450 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6451 }
6452
6453 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6454 {
6455 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6456         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6457         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6458 #else
6459         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6460         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6461 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6462 }
6463
6464 /**
6465  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6466  * @page: The page within the block of interest
6467  * @pfn: The target page frame number
6468  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6469  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6470  *
6471  * Return: pageblock_bits flags
6472  */
6473 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6474                                         unsigned long end_bitidx,
6475                                         unsigned long mask)
6476 {
6477         struct zone *zone;
6478         unsigned long *bitmap;
6479         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6480         unsigned long word;
6481
6482         zone = page_zone(page);
6483         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6484         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6485         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6486         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6487
6488         word = bitmap[word_bitidx];
6489         bitidx += end_bitidx;
6490         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6491 }
6492
6493 /**
6494  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6495  * @page: The page within the block of interest
6496  * @flags: The flags to set
6497  * @pfn: The target page frame number
6498  * @end_bitidx: The last bit of interest
6499  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6500  */
6501 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6502                                         unsigned long pfn,
6503                                         unsigned long end_bitidx,
6504                                         unsigned long mask)
6505 {
6506         struct zone *zone;
6507         unsigned long *bitmap;
6508         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6509         unsigned long old_word, word;
6510
6511         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6512
6513         zone = page_zone(page);
6514         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6515         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6516         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6517         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6518
6519         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6520
6521         bitidx += end_bitidx;
6522         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6523         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6524
6525         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6526         for (;;) {
6527                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6528                 if (word == old_word)
6529                         break;
6530                 word = old_word;
6531         }
6532 }
6533
6534 /*
6535  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6536  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6537  *
6538  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6539  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6540  * expect this function should be exact.
6541  */
6542 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6543                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6544 {
6545         unsigned long pfn, iter, found;
6546         int mt;
6547
6548         /*
6549          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6550          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6551          */
6552         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6553                 return false;
6554         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6555         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6556                 return false;
6557
6558         pfn = page_to_pfn(page);
6559         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6560                 unsigned long check = pfn + iter;
6561
6562                 if (!pfn_valid_within(check))
6563                         continue;
6564
6565                 page = pfn_to_page(check);
6566
6567                 /*
6568                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6569                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6570                  * handle each tail page individually in migration.
6571                  */
6572                 if (PageHuge(page)) {
6573                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6574                         continue;
6575                 }
6576
6577                 /*
6578                  * We can't use page_count without pin a page
6579                  * because another CPU can free compound page.
6580                  * This check already skips compound tails of THP
6581                  * because their page->_count is zero at all time.
6582                  */
6583                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6584                         if (PageBuddy(page))
6585                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6586                         continue;
6587                 }
6588
6589                 /*
6590                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6591                  * page_count() is not 0.
6592                  */
6593                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6594                         continue;
6595
6596                 if (!PageLRU(page))
6597                         found++;
6598                 /*
6599                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6600                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6601                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6602                  */
6603                 /*
6604                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6605                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6606                  *
6607                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6608                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6609                  * page at boot.
6610                  */
6611                 if (found > count)
6612                         return true;
6613         }
6614         return false;
6615 }
6616
6617 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6618 {
6619         struct zone *zone;
6620         unsigned long pfn;
6621
6622         /*
6623          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6624          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6625          * the zone but still within the section.
6626          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6627          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6628          */
6629         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6630                 return false;
6631
6632         zone = page_zone(page);
6633         pfn = page_to_pfn(page);
6634         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6635                 return false;
6636
6637         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6638 }
6639
6640 #ifdef CONFIG_CMA
6641
6642 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6643 {
6644         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6645                              pageblock_nr_pages) - 1);
6646 }
6647
6648 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6649 {
6650         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6651                                 pageblock_nr_pages));
6652 }
6653
6654 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6655 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6656                                         unsigned long start, unsigned long end)
6657 {
6658         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6659         unsigned long nr_reclaimed;
6660         unsigned long pfn = start;
6661         unsigned int tries = 0;
6662         int ret = 0;
6663
6664         migrate_prep();
6665
6666         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6667                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6668                         ret = -EINTR;
6669                         break;
6670                 }
6671
6672                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6673                         cc->nr_migratepages = 0;
6674                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6675                         if (!pfn) {
6676                                 ret = -EINTR;
6677                                 break;
6678                         }
6679                         tries = 0;
6680                 } else if (++tries == 5) {
6681                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6682                         break;
6683                 }
6684
6685                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6686                                                         &cc->migratepages);
6687                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6688
6689                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6690                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6691         }
6692         if (ret < 0) {
6693                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6694                 return ret;
6695         }
6696         return 0;
6697 }
6698
6699 /**
6700  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6701  * @start:      start PFN to allocate
6702  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6703  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6704  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6705  *                      in range must have the same migratetype and it must
6706  *                      be either of the two.
6707  *
6708  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6709  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6710  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6711  * pages fall in.
6712  *
6713  * The PFN range must belong to a single zone.
6714  *
6715  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6716  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6717  * need to be freed with free_contig_range().
6718  */
6719 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6720                        unsigned migratetype)
6721 {
6722         unsigned long outer_start, outer_end;
6723         unsigned int order;
6724         int ret = 0;
6725
6726         struct compact_control cc = {
6727                 .nr_migratepages = 0,
6728                 .order = -1,
6729                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6730                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6731                 .ignore_skip_hint = true,
6732         };
6733         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6734
6735         /*
6736          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6737          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6738          * have different sizes, and due to the way page allocator
6739          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6740          * that page allocator won't try to merge buddies from
6741          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6742          * other migration type.
6743          *
6744          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6745          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6746          * we are interested in).  This will put all the pages in
6747          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6748          *
6749          * When this is done, we take the pages in range from page
6750          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6751          * page allocator will never consider using them.
6752          *
6753          * This lets us mark the pageblocks back as
6754          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6755          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6756          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6757          */
6758
6759         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6760                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6761                                        false);
6762         if (ret)
6763                 return ret;
6764
6765         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6766         if (ret)
6767                 goto done;
6768
6769         /*
6770          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6771          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6772          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6773          * What we are going to do is to allocate all pages from
6774          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6775          *
6776          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6777          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6778          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6779          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6780          * once this is done free the pages we are not interested in.
6781          *
6782          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6783          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6784          */
6785
6786         lru_add_drain_all();
6787         drain_all_pages(cc.zone);
6788
6789         order = 0;
6790         outer_start = start;
6791         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6792                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6793                         ret = -EBUSY;
6794                         goto done;
6795                 }
6796                 outer_start &= ~0UL << order;
6797         }
6798
6799         /* Make sure the range is really isolated. */
6800         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6801                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6802                         __func__, outer_start, end);
6803                 ret = -EBUSY;
6804                 goto done;
6805         }
6806
6807         /* Grab isolated pages from freelists. */
6808         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6809         if (!outer_end) {
6810                 ret = -EBUSY;
6811                 goto done;
6812         }
6813
6814         /* Free head and tail (if any) */
6815         if (start != outer_start)
6816                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6817         if (end != outer_end)
6818                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6819
6820 done:
6821         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6822                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6823         return ret;
6824 }
6825
6826 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6827 {
6828         unsigned int count = 0;
6829
6830         for (; nr_pages--; pfn++) {
6831                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6832
6833                 count += page_count(page) != 1;
6834                 __free_page(page);
6835         }
6836         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6837 }
6838 #endif
6839
6840 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6841 /*
6842  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6843  * page high values need to be recalulated.
6844  */
6845 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6846 {
6847         unsigned cpu;
6848         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6849         for_each_possible_cpu(cpu)
6850                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6851                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6852         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6853 }
6854 #endif
6855
6856 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6857 {
6858         unsigned long flags;
6859         int cpu;
6860         struct per_cpu_pageset *pset;
6861
6862         /* avoid races with drain_pages()  */
6863         local_irq_save(flags);
6864         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6865                 for_each_online_cpu(cpu) {
6866                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6867                         drain_zonestat(zone, pset);
6868                 }
6869                 free_percpu(zone->pageset);
6870                 zone->pageset = &boot_pageset;
6871         }
6872         local_irq_restore(flags);
6873 }
6874
6875 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6876 /*
6877  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6878  */
6879 void
6880 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6881 {
6882         struct page *page;
6883         struct zone *zone;
6884         unsigned int order, i;
6885         unsigned long pfn;
6886         unsigned long flags;
6887         /* find the first valid pfn */
6888         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6889                 if (pfn_valid(pfn))
6890                         break;
6891         if (pfn == end_pfn)
6892                 return;
6893         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6894         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6895         pfn = start_pfn;
6896         while (pfn < end_pfn) {
6897                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6898                         pfn++;
6899                         continue;
6900                 }
6901                 page = pfn_to_page(pfn);
6902                 /*
6903                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6904                  * page_count() is not 0.
6905                  */
6906                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6907                         pfn++;
6908                         SetPageReserved(page);
6909                         continue;
6910                 }
6911
6912                 BUG_ON(page_count(page));
6913                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6914                 order = page_order(page);
6915 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6916                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6917                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6918 #endif
6919                 list_del(&page->lru);
6920                 rmv_page_order(page);
6921                 zone->free_area[order].nr_free--;
6922                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6923                         SetPageReserved((page+i));
6924                 pfn += (1 << order);
6925         }
6926         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6927 }
6928 #endif
6929
6930 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6931 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6932 {
6933         struct zone *zone = page_zone(page);
6934         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6935         unsigned long flags;
6936         unsigned int order;
6937
6938         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6939         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6940                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6941
6942                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6943                         break;
6944         }
6945         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6946
6947         return order < MAX_ORDER;
6948 }
6949 #endif