ALSA: hda - Keep powering up ADCs on Cirrus codecs
[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 int min_free_kbytes = 1024;
242 int user_min_free_kbytes = -1;
243
244 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
245 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
246 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
247
248 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
249 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
250 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
251 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
252 static unsigned long __initdata required_movablecore;
253 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
254
255 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
256 int movable_zone;
257 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
258 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
259
260 #if MAX_NUMNODES > 1
261 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
262 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
263 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
264 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
265 #endif
266
267 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
268
269 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
270 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
271 {
272         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
273 }
274
275 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
276 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
277 {
278         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
279                 return true;
280
281         return false;
282 }
283
284 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
285 {
286         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
287                 return true;
288
289         return false;
290 }
291
292 /*
293  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
294  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
295  */
296 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
297                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
298                                 unsigned long *nr_initialised)
299 {
300         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
301         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
302                 return true;
303
304         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
305         (*nr_initialised)++;
306         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
307             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
308                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
309                 return false;
310         }
311
312         return true;
313 }
314 #else
315 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
316 {
317 }
318
319 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
320 {
321         return false;
322 }
323
324 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
325 {
326         return false;
327 }
328
329 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
330                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
331                                 unsigned long *nr_initialised)
332 {
333         return true;
334 }
335 #endif
336
337
338 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
339 {
340         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
341                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
342                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
343
344         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
345                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
346 }
347
348 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
349 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
350 {
351         int ret = 0;
352         unsigned seq;
353         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
354         unsigned long sp, start_pfn;
355
356         do {
357                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
358                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
359                 sp = zone->spanned_pages;
360                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
361                         ret = 1;
362         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
363
364         if (ret)
365                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
366                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
367                         start_pfn, start_pfn + sp);
368
369         return ret;
370 }
371
372 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
373 {
374         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
375                 return 0;
376         if (zone != page_zone(page))
377                 return 0;
378
379         return 1;
380 }
381 /*
382  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
383  */
384 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
385 {
386         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
387                 return 1;
388         if (!page_is_consistent(zone, page))
389                 return 1;
390
391         return 0;
392 }
393 #else
394 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
395 {
396         return 0;
397 }
398 #endif
399
400 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
401                 unsigned long bad_flags)
402 {
403         static unsigned long resume;
404         static unsigned long nr_shown;
405         static unsigned long nr_unshown;
406
407         /* Don't complain about poisoned pages */
408         if (PageHWPoison(page)) {
409                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
410                 return;
411         }
412
413         /*
414          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
415          * or allow a steady drip of one report per second.
416          */
417         if (nr_shown == 60) {
418                 if (time_before(jiffies, resume)) {
419                         nr_unshown++;
420                         goto out;
421                 }
422                 if (nr_unshown) {
423                         printk(KERN_ALERT
424                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
425                                 nr_unshown);
426                         nr_unshown = 0;
427                 }
428                 nr_shown = 0;
429         }
430         if (nr_shown++ == 0)
431                 resume = jiffies + 60 * HZ;
432
433         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
434                 current->comm, page_to_pfn(page));
435         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
436
437         print_modules();
438         dump_stack();
439 out:
440         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
441         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
442         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
443 }
444
445 /*
446  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
447  *
448  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
449  *
450  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
451  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
452  *
453  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
454  * page destructors. See compound_page_dtors.
455  *
456  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
457  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
458  */
459
460 static void free_compound_page(struct page *page)
461 {
462         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
463 }
464
465 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
466 {
467         int i;
468         int nr_pages = 1 << order;
469
470         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
471         set_compound_order(page, order);
472         __SetPageHead(page);
473         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
474                 struct page *p = page + i;
475                 set_page_count(p, 0);
476                 set_compound_head(p, page);
477         }
478 }
479
480 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
481 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
482 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
483 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
484
485 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
486 {
487         if (!buf)
488                 return -EINVAL;
489
490         if (strcmp(buf, "on") == 0)
491                 _debug_pagealloc_enabled = true;
492
493         return 0;
494 }
495 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
496
497 static bool need_debug_guardpage(void)
498 {
499         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
500         if (!debug_pagealloc_enabled())
501                 return false;
502
503         return true;
504 }
505
506 static void init_debug_guardpage(void)
507 {
508         if (!debug_pagealloc_enabled())
509                 return;
510
511         _debug_guardpage_enabled = true;
512 }
513
514 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
515         .need = need_debug_guardpage,
516         .init = init_debug_guardpage,
517 };
518
519 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
520 {
521         unsigned long res;
522
523         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
524                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
525                 return 0;
526         }
527         _debug_guardpage_minorder = res;
528         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
529         return 0;
530 }
531 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
532
533 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
534                                 unsigned int order, int migratetype)
535 {
536         struct page_ext *page_ext;
537
538         if (!debug_guardpage_enabled())
539                 return;
540
541         page_ext = lookup_page_ext(page);
542         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
543
544         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
545         set_page_private(page, order);
546         /* Guard pages are not available for any usage */
547         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
548 }
549
550 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
551                                 unsigned int order, int migratetype)
552 {
553         struct page_ext *page_ext;
554
555         if (!debug_guardpage_enabled())
556                 return;
557
558         page_ext = lookup_page_ext(page);
559         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
560
561         set_page_private(page, 0);
562         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
563                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
564 }
565 #else
566 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
567 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
568                                 unsigned int order, int migratetype) {}
569 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
570                                 unsigned int order, int migratetype) {}
571 #endif
572
573 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
574 {
575         set_page_private(page, order);
576         __SetPageBuddy(page);
577 }
578
579 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
580 {
581         __ClearPageBuddy(page);
582         set_page_private(page, 0);
583 }
584
585 /*
586  * This function checks whether a page is free && is the buddy
587  * we can do coalesce a page and its buddy if
588  * (a) the buddy is not in a hole &&
589  * (b) the buddy is in the buddy system &&
590  * (c) a page and its buddy have the same order &&
591  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
592  *
593  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
594  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
595  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
596  * serialized by zone->lock.
597  *
598  * For recording page's order, we use page_private(page).
599  */
600 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
601                                                         unsigned int order)
602 {
603         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
604                 return 0;
605
606         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
607                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
608                         return 0;
609
610                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
611
612                 return 1;
613         }
614
615         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
616                 /*
617                  * zone check is done late to avoid uselessly
618                  * calculating zone/node ids for pages that could
619                  * never merge.
620                  */
621                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
622                         return 0;
623
624                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
625
626                 return 1;
627         }
628         return 0;
629 }
630
631 /*
632  * Freeing function for a buddy system allocator.
633  *
634  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
635  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
636  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
637  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
638  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
639  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
640  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
641  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
642  * parts of the VM system.
643  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
644  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
645  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
646  * field.
647  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
648  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
649  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
650  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
651  * triggers coalescing into a block of larger size.
652  *
653  * -- nyc
654  */
655
656 static inline void __free_one_page(struct page *page,
657                 unsigned long pfn,
658                 struct zone *zone, unsigned int order,
659                 int migratetype)
660 {
661         unsigned long page_idx;
662         unsigned long combined_idx;
663         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
664         struct page *buddy;
665         unsigned int max_order;
666
667         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
668
669         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
670         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
671
672         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
673         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
674                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
675
676         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
677
678         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
679         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
680
681 continue_merging:
682         while (order < max_order - 1) {
683                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
684                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
685                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
686                         goto done_merging;
687                 /*
688                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
689                  * merge with it and move up one order.
690                  */
691                 if (page_is_guard(buddy)) {
692                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
693                 } else {
694                         list_del(&buddy->lru);
695                         zone->free_area[order].nr_free--;
696                         rmv_page_order(buddy);
697                 }
698                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
699                 page = page + (combined_idx - page_idx);
700                 page_idx = combined_idx;
701                 order++;
702         }
703         if (max_order < MAX_ORDER) {
704                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
705                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
706                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
707                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
708                  *
709                  * We don't want to hit this code for the more frequent
710                  * low-order merging.
711                  */
712                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
713                         int buddy_mt;
714
715                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
716                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
717                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
718
719                         if (migratetype != buddy_mt
720                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
721                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
722                                 goto done_merging;
723                 }
724                 max_order++;
725                 goto continue_merging;
726         }
727
728 done_merging:
729         set_page_order(page, order);
730
731         /*
732          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
733          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
734          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
735          * that is happening, add the free page to the tail of the list
736          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
737          * as a higher order page
738          */
739         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
740                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
741                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
742                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
743                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
744                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
745                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
746                         list_add_tail(&page->lru,
747                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
748                         goto out;
749                 }
750         }
751
752         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
753 out:
754         zone->free_area[order].nr_free++;
755 }
756
757 static inline int free_pages_check(struct page *page)
758 {
759         const char *bad_reason = NULL;
760         unsigned long bad_flags = 0;
761
762         if (unlikely(page_mapcount(page)))
763                 bad_reason = "nonzero mapcount";
764         if (unlikely(page->mapping != NULL))
765                 bad_reason = "non-NULL mapping";
766         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
767                 bad_reason = "nonzero _count";
768         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
769                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
770                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
771         }
772 #ifdef CONFIG_MEMCG
773         if (unlikely(page->mem_cgroup))
774                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
775 #endif
776         if (unlikely(bad_reason)) {
777                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
778                 return 1;
779         }
780         page_cpupid_reset_last(page);
781         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
782                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
783         return 0;
784 }
785
786 /*
787  * Frees a number of pages from the PCP lists
788  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
789  * count is the number of pages to free.
790  *
791  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
792  * see if this freeing clears that state.
793  *
794  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
795  * pinned" detection logic.
796  */
797 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
798                                         struct per_cpu_pages *pcp)
799 {
800         int migratetype = 0;
801         int batch_free = 0;
802         int to_free = count;
803         unsigned long nr_scanned;
804
805         spin_lock(&zone->lock);
806         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
807         if (nr_scanned)
808                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
809
810         while (to_free) {
811                 struct page *page;
812                 struct list_head *list;
813
814                 /*
815                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
816                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
817                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
818                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
819                  * lists
820                  */
821                 do {
822                         batch_free++;
823                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
824                                 migratetype = 0;
825                         list = &pcp->lists[migratetype];
826                 } while (list_empty(list));
827
828                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
829                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
830                         batch_free = to_free;
831
832                 do {
833                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
834
835                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
836                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
837                         list_del(&page->lru);
838
839                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
840                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
841                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
842                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
843                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
844                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
845
846                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
847                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
848                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
849         }
850         spin_unlock(&zone->lock);
851 }
852
853 static void free_one_page(struct zone *zone,
854                                 struct page *page, unsigned long pfn,
855                                 unsigned int order,
856                                 int migratetype)
857 {
858         unsigned long nr_scanned;
859         spin_lock(&zone->lock);
860         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
861         if (nr_scanned)
862                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
863
864         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
865                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
866                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
867         }
868         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
869         spin_unlock(&zone->lock);
870 }
871
872 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
873 {
874         int ret = 1;
875
876         /*
877          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
878          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
879          */
880         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
881
882         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
883                 ret = 0;
884                 goto out;
885         }
886         if (unlikely(!PageTail(page))) {
887                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
888                 goto out;
889         }
890         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
891                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
892                 goto out;
893         }
894         ret = 0;
895 out:
896         clear_compound_head(page);
897         return ret;
898 }
899
900 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
901                                 unsigned long zone, int nid)
902 {
903         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
904         init_page_count(page);
905         page_mapcount_reset(page);
906         page_cpupid_reset_last(page);
907
908         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
909 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
910         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
911         if (!is_highmem_idx(zone))
912                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
913 #endif
914 }
915
916 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
917                                         int nid)
918 {
919         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
920 }
921
922 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
923 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
924 {
925         pg_data_t *pgdat;
926         int nid, zid;
927
928         if (!early_page_uninitialised(pfn))
929                 return;
930
931         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
932         pgdat = NODE_DATA(nid);
933
934         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
935                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
936
937                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
938                         break;
939         }
940         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
941 }
942 #else
943 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
944 {
945 }
946 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
947
948 /*
949  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
950  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
951  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
952  * sent to the buddy page allocator.
953  */
954 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
955 {
956         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
957         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
958
959         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
960                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
961                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
962
963                         init_reserved_page(start_pfn);
964
965                         /* Avoid false-positive PageTail() */
966                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
967
968                         SetPageReserved(page);
969                 }
970         }
971 }
972
973 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
974 {
975         bool compound = PageCompound(page);
976         int i, bad = 0;
977
978         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
979         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
980
981         trace_mm_page_free(page, order);
982         kmemcheck_free_shadow(page, order);
983         kasan_free_pages(page, order);
984
985         if (PageAnon(page))
986                 page->mapping = NULL;
987         bad += free_pages_check(page);
988         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
989                 if (compound)
990                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
991                 bad += free_pages_check(page + i);
992         }
993         if (bad)
994                 return false;
995
996         reset_page_owner(page, order);
997
998         if (!PageHighMem(page)) {
999                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1000                                            PAGE_SIZE << order);
1001                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1002                                            PAGE_SIZE << order);
1003         }
1004         arch_free_page(page, order);
1005         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1006
1007         return true;
1008 }
1009
1010 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1011 {
1012         unsigned long flags;
1013         int migratetype;
1014         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1015
1016         if (!free_pages_prepare(page, order))
1017                 return;
1018
1019         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1020         local_irq_save(flags);
1021         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1022         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1023         local_irq_restore(flags);
1024 }
1025
1026 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1027                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1028 {
1029         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1030         struct page *p = page;
1031         unsigned int loop;
1032
1033         prefetchw(p);
1034         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1035                 prefetchw(p + 1);
1036                 __ClearPageReserved(p);
1037                 set_page_count(p, 0);
1038         }
1039         __ClearPageReserved(p);
1040         set_page_count(p, 0);
1041
1042         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1043         set_page_refcounted(page);
1044         __free_pages(page, order);
1045 }
1046
1047 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1048         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1049
1050 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1051
1052 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1053 {
1054         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1055         int nid;
1056
1057         spin_lock(&early_pfn_lock);
1058         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1059         if (nid < 0)
1060                 nid = 0;
1061         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1062
1063         return nid;
1064 }
1065 #endif
1066
1067 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1068 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1069                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1070 {
1071         int nid;
1072
1073         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1074         if (nid >= 0 && nid != node)
1075                 return false;
1076         return true;
1077 }
1078
1079 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1080 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1081 {
1082         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1083 }
1084
1085 #else
1086
1087 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1088 {
1089         return true;
1090 }
1091 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1092                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1093 {
1094         return true;
1095 }
1096 #endif
1097
1098
1099 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1100                                                         unsigned int order)
1101 {
1102         if (early_page_uninitialised(pfn))
1103                 return;
1104         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1105 }
1106
1107 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1108 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1109                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1110 {
1111         int i;
1112
1113         if (!page)
1114                 return;
1115
1116         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1117         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1118             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1119                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1120                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1121                 return;
1122         }
1123
1124         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1125                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1126 }
1127
1128 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1129 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1130 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1131
1132 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1133 {
1134         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1135                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1136 }
1137
1138 /* Initialise remaining memory on a node */
1139 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1140 {
1141         pg_data_t *pgdat = data;
1142         int nid = pgdat->node_id;
1143         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1144         unsigned long start = jiffies;
1145         unsigned long nr_pages = 0;
1146         unsigned long walk_start, walk_end;
1147         int i, zid;
1148         struct zone *zone;
1149         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1150         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1151
1152         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1153                 pgdat_init_report_one_done();
1154                 return 0;
1155         }
1156
1157         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1158         if (!cpumask_empty(cpumask))
1159                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1160
1161         /* Sanity check boundaries */
1162         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1163         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1164         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1165
1166         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1167         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1168                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1169                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1170                         break;
1171         }
1172
1173         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1174                 unsigned long pfn, end_pfn;
1175                 struct page *page = NULL;
1176                 struct page *free_base_page = NULL;
1177                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1178                 int nr_to_free = 0;
1179
1180                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1181                 pfn = first_init_pfn;
1182                 if (pfn < walk_start)
1183                         pfn = walk_start;
1184                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1185                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1186
1187                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1188                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1189                                 goto free_range;
1190
1191                         /*
1192                          * Ensure pfn_valid is checked every
1193                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1194                          */
1195                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1196                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1197                                         page = NULL;
1198                                         goto free_range;
1199                                 }
1200                         }
1201
1202                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1203                                 page = NULL;
1204                                 goto free_range;
1205                         }
1206
1207                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1208                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1209                                 page++;
1210                         } else {
1211                                 nr_pages += nr_to_free;
1212                                 deferred_free_range(free_base_page,
1213                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1214                                 free_base_page = NULL;
1215                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1216
1217                                 page = pfn_to_page(pfn);
1218                                 cond_resched();
1219                         }
1220
1221                         if (page->flags) {
1222                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1223                                 goto free_range;
1224                         }
1225
1226                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1227                         if (!free_base_page) {
1228                                 free_base_page = page;
1229                                 free_base_pfn = pfn;
1230                                 nr_to_free = 0;
1231                         }
1232                         nr_to_free++;
1233
1234                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1235                         continue;
1236 free_range:
1237                         /* Free the current block of pages to allocator */
1238                         nr_pages += nr_to_free;
1239                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1240                                                                 nr_to_free);
1241                         free_base_page = NULL;
1242                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1243                 }
1244
1245                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1246         }
1247
1248         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1249         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1250
1251         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1252                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1253
1254         pgdat_init_report_one_done();
1255         return 0;
1256 }
1257
1258 void __init page_alloc_init_late(void)
1259 {
1260         int nid;
1261
1262         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1263         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1264         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1265                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1266         }
1267
1268         /* Block until all are initialised */
1269         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1270
1271         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1272         files_maxfiles_init();
1273 }
1274 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1275
1276 #ifdef CONFIG_CMA
1277 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1278 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1279 {
1280         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1281         struct page *p = page;
1282
1283         do {
1284                 __ClearPageReserved(p);
1285                 set_page_count(p, 0);
1286         } while (++p, --i);
1287
1288         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1289
1290         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1291                 i = pageblock_nr_pages;
1292                 p = page;
1293                 do {
1294                         set_page_refcounted(p);
1295                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1296                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1297                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1298         } else {
1299                 set_page_refcounted(page);
1300                 __free_pages(page, pageblock_order);
1301         }
1302
1303         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1304 }
1305 #endif
1306
1307 /*
1308  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1309  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1310  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1311  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1312  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1313  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1314  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1315  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1316  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1317  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1318  *
1319  * -- nyc
1320  */
1321 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1322         int low, int high, struct free_area *area,
1323         int migratetype)
1324 {
1325         unsigned long size = 1 << high;
1326
1327         while (high > low) {
1328                 area--;
1329                 high--;
1330                 size >>= 1;
1331                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1332
1333                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1334                         debug_guardpage_enabled() &&
1335                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1336                         /*
1337                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1338                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1339                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1340                          * pages will stay not present in virtual address space
1341                          */
1342                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1343                         continue;
1344                 }
1345                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1346                 area->nr_free++;
1347                 set_page_order(&page[size], high);
1348         }
1349 }
1350
1351 /*
1352  * This page is about to be returned from the page allocator
1353  */
1354 static inline int check_new_page(struct page *page)
1355 {
1356         const char *bad_reason = NULL;
1357         unsigned long bad_flags = 0;
1358
1359         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1360                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1361         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1362                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1363         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1364                 bad_reason = "nonzero _count";
1365         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1366                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1367                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1368         }
1369         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1370                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1371                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1372         }
1373 #ifdef CONFIG_MEMCG
1374         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1375                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1376 #endif
1377         if (unlikely(bad_reason)) {
1378                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1379                 return 1;
1380         }
1381         return 0;
1382 }
1383
1384 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1385                                                                 int alloc_flags)
1386 {
1387         int i;
1388
1389         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1390                 struct page *p = page + i;
1391                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1392                         return 1;
1393         }
1394
1395         set_page_private(page, 0);
1396         set_page_refcounted(page);
1397
1398         arch_alloc_page(page, order);
1399         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1400         kasan_alloc_pages(page, order);
1401
1402         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1403                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1404                         clear_highpage(page + i);
1405
1406         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1407                 prep_compound_page(page, order);
1408
1409         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1410
1411         /*
1412          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1413          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1414          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1415          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1416          */
1417         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1418                 set_page_pfmemalloc(page);
1419         else
1420                 clear_page_pfmemalloc(page);
1421
1422         return 0;
1423 }
1424
1425 /*
1426  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1427  * the smallest available page from the freelists
1428  */
1429 static inline
1430 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1431                                                 int migratetype)
1432 {
1433         unsigned int current_order;
1434         struct free_area *area;
1435         struct page *page;
1436
1437         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1438         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1439                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1440                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1441                         continue;
1442
1443                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1444                                                         struct page, lru);
1445                 list_del(&page->lru);
1446                 rmv_page_order(page);
1447                 area->nr_free--;
1448                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1449                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1450                 return page;
1451         }
1452
1453         return NULL;
1454 }
1455
1456
1457 /*
1458  * This array describes the order lists are fallen back to when
1459  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1460  */
1461 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1462         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1463         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1464         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1465 #ifdef CONFIG_CMA
1466         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1467 #endif
1468 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1469         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1470 #endif
1471 };
1472
1473 #ifdef CONFIG_CMA
1474 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1475                                         unsigned int order)
1476 {
1477         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1478 }
1479 #else
1480 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1481                                         unsigned int order) { return NULL; }
1482 #endif
1483
1484 /*
1485  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1486  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1487  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1488  */
1489 int move_freepages(struct zone *zone,
1490                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1491                           int migratetype)
1492 {
1493         struct page *page;
1494         unsigned int order;
1495         int pages_moved = 0;
1496
1497 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1498         /*
1499          * page_zone is not safe to call in this context when
1500          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1501          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1502          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1503          * grouping pages by mobility
1504          */
1505         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1506 #endif
1507
1508         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1509                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1510                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1511
1512                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1513                         page++;
1514                         continue;
1515                 }
1516
1517                 if (!PageBuddy(page)) {
1518                         page++;
1519                         continue;
1520                 }
1521
1522                 order = page_order(page);
1523                 list_move(&page->lru,
1524                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1525                 page += 1 << order;
1526                 pages_moved += 1 << order;
1527         }
1528
1529         return pages_moved;
1530 }
1531
1532 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1533                                 int migratetype)
1534 {
1535         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1536         struct page *start_page, *end_page;
1537
1538         start_pfn = page_to_pfn(page);
1539         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1540         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1541         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1542         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1543
1544         /* Do not cross zone boundaries */
1545         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1546                 start_page = page;
1547         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1548                 return 0;
1549
1550         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1551 }
1552
1553 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1554                                         int start_order, int migratetype)
1555 {
1556         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1557
1558         while (nr_pageblocks--) {
1559                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1560                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1561         }
1562 }
1563
1564 /*
1565  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1566  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1567  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1568  *
1569  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1570  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1571  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1572  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1573  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1574  * pageblocks.
1575  */
1576 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1577 {
1578         /*
1579          * Leaving this order check is intended, although there is
1580          * relaxed order check in next check. The reason is that
1581          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1582          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1583          * so could be changed anytime.
1584          */
1585         if (order >= pageblock_order)
1586                 return true;
1587
1588         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1589                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1590                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1591                 page_group_by_mobility_disabled)
1592                 return true;
1593
1594         return false;
1595 }
1596
1597 /*
1598  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1599  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1600  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1601  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1602  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1603  */
1604 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1605                                                           int start_type)
1606 {
1607         unsigned int current_order = page_order(page);
1608         int pages;
1609
1610         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1611         if (current_order >= pageblock_order) {
1612                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1613                 return;
1614         }
1615
1616         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1617
1618         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1619         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1620                         page_group_by_mobility_disabled)
1621                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1622 }
1623
1624 /*
1625  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1626  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1627  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1628  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1629  */
1630 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1631                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1632 {
1633         int i;
1634         int fallback_mt;
1635
1636         if (area->nr_free == 0)
1637                 return -1;
1638
1639         *can_steal = false;
1640         for (i = 0;; i++) {
1641                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1642                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1643                         break;
1644
1645                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1646                         continue;
1647
1648                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1649                         *can_steal = true;
1650
1651                 if (!only_stealable)
1652                         return fallback_mt;
1653
1654                 if (*can_steal)
1655                         return fallback_mt;
1656         }
1657
1658         return -1;
1659 }
1660
1661 /*
1662  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1663  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1664  */
1665 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1666                                 unsigned int alloc_order)
1667 {
1668         int mt;
1669         unsigned long max_managed, flags;
1670
1671         /*
1672          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1673          * Check is race-prone but harmless.
1674          */
1675         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1676         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1677                 return;
1678
1679         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1680
1681         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1682         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1683                 goto out_unlock;
1684
1685         /* Yoink! */
1686         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1687         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1688                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1689                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1690                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1691                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1692         }
1693
1694 out_unlock:
1695         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1696 }
1697
1698 /*
1699  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1700  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1701  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1702  * to recover from than an OOM.
1703  */
1704 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1705 {
1706         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1707         unsigned long flags;
1708         struct zoneref *z;
1709         struct zone *zone;
1710         struct page *page;
1711         int order;
1712
1713         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1714                                                                 ac->nodemask) {
1715                 /* Preserve at least one pageblock */
1716                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1717                         continue;
1718
1719                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1720                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1721                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1722
1723                         if (list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
1724                                 continue;
1725
1726                         page = list_entry(area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC].next,
1727                                                 struct page, lru);
1728
1729                         /*
1730                          * It should never happen but changes to locking could
1731                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1732                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1733                          * and watch for underflows.
1734                          */
1735                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1736                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1737
1738                         /*
1739                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1740                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1741                          * is doing the work and needs the pages. More
1742                          * importantly, if the block was always converted to
1743                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1744                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1745                          * may increase.
1746                          */
1747                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1748                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1749                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1750                         return;
1751                 }
1752                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1753         }
1754 }
1755
1756 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1757 static inline struct page *
1758 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1759 {
1760         struct free_area *area;
1761         unsigned int current_order;
1762         struct page *page;
1763         int fallback_mt;
1764         bool can_steal;
1765
1766         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1767         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1768                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1769                                 --current_order) {
1770                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1771                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1772                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1773                 if (fallback_mt == -1)
1774                         continue;
1775
1776                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1777                                                 struct page, lru);
1778                 if (can_steal)
1779                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1780
1781                 /* Remove the page from the freelists */
1782                 area->nr_free--;
1783                 list_del(&page->lru);
1784                 rmv_page_order(page);
1785
1786                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1787                                         start_migratetype);
1788                 /*
1789                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1790                  * migratetype depending on the decisions in
1791                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1792                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1793                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1794                  */
1795                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1796
1797                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1798                         start_migratetype, fallback_mt);
1799
1800                 return page;
1801         }
1802
1803         return NULL;
1804 }
1805
1806 /*
1807  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1808  * Call me with the zone->lock already held.
1809  */
1810 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1811                                 int migratetype, gfp_t gfp_flags)
1812 {
1813         struct page *page;
1814
1815         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1816         if (unlikely(!page)) {
1817                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1818                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1819
1820                 if (!page)
1821                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1822         }
1823
1824         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1825         return page;
1826 }
1827
1828 /*
1829  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1830  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1831  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1832  */
1833 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1834                         unsigned long count, struct list_head *list,
1835                         int migratetype, bool cold)
1836 {
1837         int i;
1838
1839         spin_lock(&zone->lock);
1840         for (i = 0; i < count; ++i) {
1841                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype, 0);
1842                 if (unlikely(page == NULL))
1843                         break;
1844
1845                 /*
1846                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1847                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1848                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1849                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1850                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1851                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1852                  * properly.
1853                  */
1854                 if (likely(!cold))
1855                         list_add(&page->lru, list);
1856                 else
1857                         list_add_tail(&page->lru, list);
1858                 list = &page->lru;
1859                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1860                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1861                                               -(1 << order));
1862         }
1863         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1864         spin_unlock(&zone->lock);
1865         return i;
1866 }
1867
1868 #ifdef CONFIG_NUMA
1869 /*
1870  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1871  * currently executing processor on remote nodes after they have
1872  * expired.
1873  *
1874  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1875  * a single processor.
1876  */
1877 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1878 {
1879         unsigned long flags;
1880         int to_drain, batch;
1881
1882         local_irq_save(flags);
1883         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1884         to_drain = min(pcp->count, batch);
1885         if (to_drain > 0) {
1886                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1887                 pcp->count -= to_drain;
1888         }
1889         local_irq_restore(flags);
1890 }
1891 #endif
1892
1893 /*
1894  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1895  *
1896  * The processor must either be the current processor and the
1897  * thread pinned to the current processor or a processor that
1898  * is not online.
1899  */
1900 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1901 {
1902         unsigned long flags;
1903         struct per_cpu_pageset *pset;
1904         struct per_cpu_pages *pcp;
1905
1906         local_irq_save(flags);
1907         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1908
1909         pcp = &pset->pcp;
1910         if (pcp->count) {
1911                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1912                 pcp->count = 0;
1913         }
1914         local_irq_restore(flags);
1915 }
1916
1917 /*
1918  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1919  *
1920  * The processor must either be the current processor and the
1921  * thread pinned to the current processor or a processor that
1922  * is not online.
1923  */
1924 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1925 {
1926         struct zone *zone;
1927
1928         for_each_populated_zone(zone) {
1929                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1930         }
1931 }
1932
1933 /*
1934  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1935  *
1936  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1937  * the single zone's pages.
1938  */
1939 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1940 {
1941         int cpu = smp_processor_id();
1942
1943         if (zone)
1944                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1945         else
1946                 drain_pages(cpu);
1947 }
1948
1949 /*
1950  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1951  *
1952  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1953  *
1954  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1955  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1956  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1957  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1958  * before the call to on_each_cpu_mask().
1959  */
1960 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1961 {
1962         int cpu;
1963
1964         /*
1965          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1966          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1967          */
1968         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1969
1970         /*
1971          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1972          * as offline notification will cause the notified
1973          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1974          * disables preemption as part of its processing
1975          */
1976         for_each_online_cpu(cpu) {
1977                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1978                 struct zone *z;
1979                 bool has_pcps = false;
1980
1981                 if (zone) {
1982                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1983                         if (pcp->pcp.count)
1984                                 has_pcps = true;
1985                 } else {
1986                         for_each_populated_zone(z) {
1987                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1988                                 if (pcp->pcp.count) {
1989                                         has_pcps = true;
1990                                         break;
1991                                 }
1992                         }
1993                 }
1994
1995                 if (has_pcps)
1996                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1997                 else
1998                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1999         }
2000         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2001                                                                 zone, 1);
2002 }
2003
2004 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2005
2006 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2007 {
2008         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2009         unsigned long flags;
2010         unsigned int order, t;
2011         struct list_head *curr;
2012
2013         if (zone_is_empty(zone))
2014                 return;
2015
2016         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2017
2018         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2019         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2020                 if (pfn_valid(pfn)) {
2021                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2022
2023                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2024                                 swsusp_unset_page_free(page);
2025                 }
2026
2027         for_each_migratetype_order(order, t) {
2028                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
2029                         unsigned long i;
2030
2031                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
2032                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2033                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2034                 }
2035         }
2036         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2037 }
2038 #endif /* CONFIG_PM */
2039
2040 /*
2041  * Free a 0-order page
2042  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2043  */
2044 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2045 {
2046         struct zone *zone = page_zone(page);
2047         struct per_cpu_pages *pcp;
2048         unsigned long flags;
2049         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2050         int migratetype;
2051
2052         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2053                 return;
2054
2055         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2056         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2057         local_irq_save(flags);
2058         __count_vm_event(PGFREE);
2059
2060         /*
2061          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2062          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2063          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2064          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2065          * excessively into the page allocator
2066          */
2067         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2068                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2069                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2070                         goto out;
2071                 }
2072                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2073         }
2074
2075         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2076         if (!cold)
2077                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2078         else
2079                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2080         pcp->count++;
2081         if (pcp->count >= pcp->high) {
2082                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2083                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2084                 pcp->count -= batch;
2085         }
2086
2087 out:
2088         local_irq_restore(flags);
2089 }
2090
2091 /*
2092  * Free a list of 0-order pages
2093  */
2094 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2095 {
2096         struct page *page, *next;
2097
2098         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2099                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2100                 free_hot_cold_page(page, cold);
2101         }
2102 }
2103
2104 /*
2105  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2106  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2107  * Each sub-page must be freed individually.
2108  *
2109  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2110  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2111  */
2112 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2113 {
2114         int i;
2115         gfp_t gfp_mask;
2116
2117         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2118         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2119
2120 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2121         /*
2122          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2123          * otherwise free the whole shadow.
2124          */
2125         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2126                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2127 #endif
2128
2129         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2130         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2131         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2132                 set_page_refcounted(page + i);
2133                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2134         }
2135 }
2136 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2137
2138 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2139 {
2140         unsigned long watermark;
2141         struct zone *zone;
2142         int mt;
2143
2144         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2145
2146         zone = page_zone(page);
2147         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2148
2149         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2150                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2151                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2152                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2153                         return 0;
2154
2155                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2156         }
2157
2158         /* Remove page from free list */
2159         list_del(&page->lru);
2160         zone->free_area[order].nr_free--;
2161         rmv_page_order(page);
2162
2163         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2164
2165         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2166         if (order >= pageblock_order - 1) {
2167                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2168                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2169                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2170                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2171                                 set_pageblock_migratetype(page,
2172                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2173                 }
2174         }
2175
2176
2177         return 1UL << order;
2178 }
2179
2180 /*
2181  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2182  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2183  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2184  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2185  * are enabled.
2186  *
2187  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2188  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2189  */
2190 int split_free_page(struct page *page)
2191 {
2192         unsigned int order;
2193         int nr_pages;
2194
2195         order = page_order(page);
2196
2197         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2198         if (!nr_pages)
2199                 return 0;
2200
2201         /* Split into individual pages */
2202         set_page_refcounted(page);
2203         split_page(page, order);
2204         return nr_pages;
2205 }
2206
2207 /*
2208  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2209  */
2210 static inline
2211 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2212                         struct zone *zone, unsigned int order,
2213                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2214 {
2215         unsigned long flags;
2216         struct page *page;
2217         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2218
2219         if (likely(order == 0)) {
2220                 struct per_cpu_pages *pcp;
2221                 struct list_head *list;
2222
2223                 local_irq_save(flags);
2224                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2225                 list = &pcp->lists[migratetype];
2226                 if (list_empty(list)) {
2227                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2228                                         pcp->batch, list,
2229                                         migratetype, cold);
2230                         if (unlikely(list_empty(list)))
2231                                 goto failed;
2232                 }
2233
2234                 if (cold)
2235                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2236                 else
2237                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2238
2239                 list_del(&page->lru);
2240                 pcp->count--;
2241         } else {
2242                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2243                         /*
2244                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2245                          *
2246                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2247                          * properly detect and handle allocation failures.
2248                          *
2249                          * We most definitely don't want callers attempting to
2250                          * allocate greater than order-1 page units with
2251                          * __GFP_NOFAIL.
2252                          */
2253                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2254                 }
2255                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2256
2257                 page = NULL;
2258                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2259                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2260                         if (page)
2261                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2262                 }
2263                 if (!page)
2264                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, gfp_flags);
2265                 spin_unlock(&zone->lock);
2266                 if (!page)
2267                         goto failed;
2268                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2269                                           get_pcppage_migratetype(page));
2270         }
2271
2272         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2273         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2274             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2275                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2276
2277         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2278         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2279         local_irq_restore(flags);
2280
2281         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2282         return page;
2283
2284 failed:
2285         local_irq_restore(flags);
2286         return NULL;
2287 }
2288
2289 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2290
2291 static struct {
2292         struct fault_attr attr;
2293
2294         bool ignore_gfp_highmem;
2295         bool ignore_gfp_reclaim;
2296         u32 min_order;
2297 } fail_page_alloc = {
2298         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2299         .ignore_gfp_reclaim = true,
2300         .ignore_gfp_highmem = true,
2301         .min_order = 1,
2302 };
2303
2304 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2305 {
2306         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2307 }
2308 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2309
2310 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2311 {
2312         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2313                 return false;
2314         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2315                 return false;
2316         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2317                 return false;
2318         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2319                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2320                 return false;
2321
2322         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2323 }
2324
2325 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2326
2327 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2328 {
2329         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2330         struct dentry *dir;
2331
2332         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2333                                         &fail_page_alloc.attr);
2334         if (IS_ERR(dir))
2335                 return PTR_ERR(dir);
2336
2337         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2338                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2339                 goto fail;
2340         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2341                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2342                 goto fail;
2343         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2344                                 &fail_page_alloc.min_order))
2345                 goto fail;
2346
2347         return 0;
2348 fail:
2349         debugfs_remove_recursive(dir);
2350
2351         return -ENOMEM;
2352 }
2353
2354 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2355
2356 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2357
2358 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2359
2360 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2361 {
2362         return false;
2363 }
2364
2365 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2366
2367 /*
2368  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2369  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2370  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2371  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2372  */
2373 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2374                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2375                         long free_pages)
2376 {
2377         long min = mark;
2378         int o;
2379         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2380
2381         /* free_pages may go negative - that's OK */
2382         free_pages -= (1 << order) - 1;
2383
2384         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2385                 min -= min / 2;
2386
2387         /*
2388          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2389          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2390          * atomic reserve but it avoids a search.
2391          */
2392         if (likely(!alloc_harder))
2393                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2394         else
2395                 min -= min / 4;
2396
2397 #ifdef CONFIG_CMA
2398         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2399         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2400                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2401 #endif
2402
2403         /*
2404          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2405          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2406          * even if a suitable page happened to be free.
2407          */
2408         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2409                 return false;
2410
2411         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2412         if (!order)
2413                 return true;
2414
2415         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2416         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2417                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2418                 int mt;
2419
2420                 if (!area->nr_free)
2421                         continue;
2422
2423                 if (alloc_harder)
2424                         return true;
2425
2426                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2427                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2428                                 return true;
2429                 }
2430
2431 #ifdef CONFIG_CMA
2432                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2433                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2434                         return true;
2435                 }
2436 #endif
2437         }
2438         return false;
2439 }
2440
2441 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2442                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2443 {
2444         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2445                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2446 }
2447
2448 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2449                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2450 {
2451         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2452
2453         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2454                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2455
2456         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2457                                                                 free_pages);
2458 }
2459
2460 #ifdef CONFIG_NUMA
2461 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2462 {
2463         return local_zone->node == zone->node;
2464 }
2465
2466 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2467 {
2468         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2469                                 RECLAIM_DISTANCE;
2470 }
2471 #else   /* CONFIG_NUMA */
2472 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2473 {
2474         return true;
2475 }
2476
2477 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2478 {
2479         return true;
2480 }
2481 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2482
2483 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2484 {
2485         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2486
2487         do {
2488                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2489                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2490                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2491                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2492         } while (zone++ != preferred_zone);
2493 }
2494
2495 /*
2496  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2497  * a page.
2498  */
2499 static struct page *
2500 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2501                                                 const struct alloc_context *ac)
2502 {
2503         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2504         struct zoneref *z;
2505         struct page *page = NULL;
2506         struct zone *zone;
2507         int nr_fair_skipped = 0;
2508         bool zonelist_rescan;
2509
2510 zonelist_scan:
2511         zonelist_rescan = false;
2512
2513         /*
2514          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2515          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2516          */
2517         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2518                                                                 ac->nodemask) {
2519                 unsigned long mark;
2520
2521                 if (cpusets_enabled() &&
2522                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2523                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2524                                 continue;
2525                 /*
2526                  * Distribute pages in proportion to the individual
2527                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2528                  * page was allocated in should have no effect on the
2529                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2530                  */
2531                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2532                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2533                                 break;
2534                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2535                                 nr_fair_skipped++;
2536                                 continue;
2537                         }
2538                 }
2539                 /*
2540                  * When allocating a page cache page for writing, we
2541                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2542                  * limit, such that no single zone holds more than its
2543                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2544                  * The dirty limits take into account the zone's
2545                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2546                  * should be able to balance it without having to
2547                  * write pages from its LRU list.
2548                  *
2549                  * This may look like it could increase pressure on
2550                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2551                  * before they are full.  But the pages that do spill
2552                  * over are limited as the lower zones are protected
2553                  * by this very same mechanism.  It should not become
2554                  * a practical burden to them.
2555                  *
2556                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2557                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2558                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2559                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2560                  * zones are together not big enough to reach the
2561                  * global limit.  The proper fix for these situations
2562                  * will require awareness of zones in the
2563                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2564                  */
2565                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2566                         continue;
2567
2568                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2569                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2570                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2571                         int ret;
2572
2573                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2574                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2575                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2576                                 goto try_this_zone;
2577
2578                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2579                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2580                                 continue;
2581
2582                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2583                         switch (ret) {
2584                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2585                                 /* did not scan */
2586                                 continue;
2587                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2588                                 /* scanned but unreclaimable */
2589                                 continue;
2590                         default:
2591                                 /* did we reclaim enough */
2592                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2593                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2594                                         goto try_this_zone;
2595
2596                                 continue;
2597                         }
2598                 }
2599
2600 try_this_zone:
2601                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2602                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2603                 if (page) {
2604                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2605                                 goto try_this_zone;
2606
2607                         /*
2608                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2609                          * if the pageblock should be reserved for the future
2610                          */
2611                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2612                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2613
2614                         return page;
2615                 }
2616         }
2617
2618         /*
2619          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2620          * local node.  However, the local node might have free pages left
2621          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2622          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2623          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2624          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2625          */
2626         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2627                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2628                 if (nr_fair_skipped) {
2629                         zonelist_rescan = true;
2630                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2631                 }
2632                 if (nr_online_nodes > 1)
2633                         zonelist_rescan = true;
2634         }
2635
2636         if (zonelist_rescan)
2637                 goto zonelist_scan;
2638
2639         return NULL;
2640 }
2641
2642 /*
2643  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2644  * meminfo in irq context.
2645  */
2646 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2647 {
2648         bool ret = false;
2649
2650 #if NODES_SHIFT > 8
2651         ret = in_interrupt();
2652 #endif
2653         return ret;
2654 }
2655
2656 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2657                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2658                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2659
2660 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2661 {
2662         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2663
2664         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2665             debug_guardpage_minorder() > 0)
2666                 return;
2667
2668         /*
2669          * This documents exceptions given to allocations in certain
2670          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2671          * of allowed nodes.
2672          */
2673         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2674                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2675                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2676                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2677         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2678                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2679
2680         if (fmt) {
2681                 struct va_format vaf;
2682                 va_list args;
2683
2684                 va_start(args, fmt);
2685
2686                 vaf.fmt = fmt;
2687                 vaf.va = &args;
2688
2689                 pr_warn("%pV", &vaf);
2690
2691                 va_end(args);
2692         }
2693
2694         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:0x%x\n",
2695                 current->comm, order, gfp_mask);
2696
2697         dump_stack();
2698         if (!should_suppress_show_mem())
2699                 show_mem(filter);
2700 }
2701
2702 static inline struct page *
2703 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2704         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2705 {
2706         struct oom_control oc = {
2707                 .zonelist = ac->zonelist,
2708                 .nodemask = ac->nodemask,
2709                 .gfp_mask = gfp_mask,
2710                 .order = order,
2711         };
2712         struct page *page;
2713
2714         *did_some_progress = 0;
2715
2716         /*
2717          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2718          * making progress for us.
2719          */
2720         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2721                 *did_some_progress = 1;
2722                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2723                 return NULL;
2724         }
2725
2726         /*
2727          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2728          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2729          * we're still under heavy pressure.
2730          */
2731         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2732                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2733         if (page)
2734                 goto out;
2735
2736         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2737                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2738                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2739                         goto out;
2740                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2741                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2742                         goto out;
2743                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2744                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2745                         goto out;
2746                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2747                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2748                         /*
2749                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2750                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2751                          * keep looping as per tradition.
2752                          */
2753                         *did_some_progress = 1;
2754                         goto out;
2755                 }
2756                 if (pm_suspended_storage())
2757                         goto out;
2758                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2759                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2760                         goto out;
2761         }
2762         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2763         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2764                 *did_some_progress = 1;
2765 out:
2766         mutex_unlock(&oom_lock);
2767         return page;
2768 }
2769
2770 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2771 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2772 static struct page *
2773 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2774                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2775                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2776                 bool *deferred_compaction)
2777 {
2778         unsigned long compact_result;
2779         struct page *page;
2780
2781         if (!order)
2782                 return NULL;
2783
2784         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2785         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2786                                                 mode, contended_compaction);
2787         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2788
2789         switch (compact_result) {
2790         case COMPACT_DEFERRED:
2791                 *deferred_compaction = true;
2792                 /* fall-through */
2793         case COMPACT_SKIPPED:
2794                 return NULL;
2795         default:
2796                 break;
2797         }
2798
2799         /*
2800          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2801          * count a compaction stall
2802          */
2803         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2804
2805         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2806                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2807
2808         if (page) {
2809                 struct zone *zone = page_zone(page);
2810
2811                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2812                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2813                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2814                 return page;
2815         }
2816
2817         /*
2818          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2819          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2820          */
2821         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2822
2823         cond_resched();
2824
2825         return NULL;
2826 }
2827 #else
2828 static inline struct page *
2829 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2830                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2831                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2832                 bool *deferred_compaction)
2833 {
2834         return NULL;
2835 }
2836 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2837
2838 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2839 static int
2840 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2841                                         const struct alloc_context *ac)
2842 {
2843         struct reclaim_state reclaim_state;
2844         int progress;
2845
2846         cond_resched();
2847
2848         /* We now go into synchronous reclaim */
2849         cpuset_memory_pressure_bump();
2850         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2851         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2852         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2853         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2854
2855         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2856                                                                 ac->nodemask);
2857
2858         current->reclaim_state = NULL;
2859         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2860         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2861
2862         cond_resched();
2863
2864         return progress;
2865 }
2866
2867 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2868 static inline struct page *
2869 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2870                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2871                 unsigned long *did_some_progress)
2872 {
2873         struct page *page = NULL;
2874         bool drained = false;
2875
2876         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2877         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2878                 return NULL;
2879
2880 retry:
2881         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2882                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2883
2884         /*
2885          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2886          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
2887          * Shrink them them and try again
2888          */
2889         if (!page && !drained) {
2890                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
2891                 drain_all_pages(NULL);
2892                 drained = true;
2893                 goto retry;
2894         }
2895
2896         return page;
2897 }
2898
2899 /*
2900  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2901  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2902  */
2903 static inline struct page *
2904 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2905                                 const struct alloc_context *ac)
2906 {
2907         struct page *page;
2908
2909         do {
2910                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2911                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2912
2913                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2914                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2915                                                                         HZ/50);
2916         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2917
2918         return page;
2919 }
2920
2921 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2922 {
2923         struct zoneref *z;
2924         struct zone *zone;
2925
2926         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2927                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2928                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2929 }
2930
2931 static inline int
2932 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2933 {
2934         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2935
2936         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2937         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2938
2939         /*
2940          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2941          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2942          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2943          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2944          */
2945         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2946
2947         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
2948                 /*
2949                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2950                  * if it can't schedule.
2951                  */
2952                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2953                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2954                 /*
2955                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2956                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2957                  */
2958                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2959         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2960                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2961
2962         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2963                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2964                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2965                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2966                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2967                 else if (!in_interrupt() &&
2968                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2969                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2970                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2971         }
2972 #ifdef CONFIG_CMA
2973         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2974                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2975 #endif
2976         return alloc_flags;
2977 }
2978
2979 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2980 {
2981         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2982 }
2983
2984 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
2985 {
2986         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
2987 }
2988
2989 static inline struct page *
2990 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2991                                                 struct alloc_context *ac)
2992 {
2993         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
2994         struct page *page = NULL;
2995         int alloc_flags;
2996         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2997         unsigned long did_some_progress;
2998         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2999         bool deferred_compaction = false;
3000         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3001
3002         /*
3003          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3004          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3005          * be using allocators in order of preference for an area that is
3006          * too large.
3007          */
3008         if (order >= MAX_ORDER) {
3009                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3010                 return NULL;
3011         }
3012
3013         /*
3014          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3015          * callers that are not in atomic context.
3016          */
3017         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3018                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3019                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3020
3021         /*
3022          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3023          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3024          * speculative node-specific allocation.
3025          */
3026         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3027                 goto nopage;
3028
3029 retry:
3030         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3031                 wake_all_kswapds(order, ac);
3032
3033         /*
3034          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3035          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3036          * to how we want to proceed.
3037          */
3038         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3039
3040         /*
3041          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3042          * cpusets.
3043          */
3044         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3045                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3046                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3047                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3048                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3049         }
3050
3051         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3052         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3053                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3054         if (page)
3055                 goto got_pg;
3056
3057         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3058         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3059                 /*
3060                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3061                  * the allocation is high priority and these type of
3062                  * allocations are system rather than user orientated
3063                  */
3064                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3065
3066                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3067
3068                 if (page) {
3069                         goto got_pg;
3070                 }
3071         }
3072
3073         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3074         if (!can_direct_reclaim) {
3075                 /*
3076                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3077                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3078                  * type of allocation to fail.
3079                  */
3080                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3081                 goto nopage;
3082         }
3083
3084         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3085         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3086                 goto nopage;
3087
3088         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3089         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3090                 goto nopage;
3091
3092         /*
3093          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3094          * attempts after direct reclaim are synchronous
3095          */
3096         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3097                                         migration_mode,
3098                                         &contended_compaction,
3099                                         &deferred_compaction);
3100         if (page)
3101                 goto got_pg;
3102
3103         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3104         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3105                 /*
3106                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3107                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3108                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3109                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3110                  * instead of entering direct reclaim.
3111                  */
3112                 if (deferred_compaction)
3113                         goto nopage;
3114
3115                 /*
3116                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3117                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3118                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3119                  * so we fallback to base pages instead.
3120                  */
3121                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3122                         goto nopage;
3123
3124                 /*
3125                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3126                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3127                  * khugepaged trying to collapse.
3128                  */
3129                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3130                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3131                         goto nopage;
3132         }
3133
3134         /*
3135          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3136          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3137          * khugepaged trying to collapse.
3138          */
3139         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3140                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3141
3142         /* Try direct reclaim and then allocating */
3143         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3144                                                         &did_some_progress);
3145         if (page)
3146                 goto got_pg;
3147
3148         /* Do not loop if specifically requested */
3149         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3150                 goto noretry;
3151
3152         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3153         pages_reclaimed += did_some_progress;
3154         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3155             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3156                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3157                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3158                 goto retry;
3159         }
3160
3161         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3162         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3163         if (page)
3164                 goto got_pg;
3165
3166         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3167         if (did_some_progress)
3168                 goto retry;
3169
3170 noretry:
3171         /*
3172          * High-order allocations do not necessarily loop after
3173          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3174          * being called after reclaim so call directly if necessary
3175          */
3176         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3177                                             ac, migration_mode,
3178                                             &contended_compaction,
3179                                             &deferred_compaction);
3180         if (page)
3181                 goto got_pg;
3182 nopage:
3183         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3184 got_pg:
3185         return page;
3186 }
3187
3188 /*
3189  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3190  */
3191 struct page *
3192 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3193                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3194 {
3195         struct zoneref *preferred_zoneref;
3196         struct page *page = NULL;
3197         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3198         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3199         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3200         struct alloc_context ac = {
3201                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3202                 .nodemask = nodemask,
3203                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3204         };
3205
3206         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3207
3208         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3209
3210         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3211
3212         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3213                 return NULL;
3214
3215         /*
3216          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3217          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3218          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3219          */
3220         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3221                 return NULL;
3222
3223         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3224                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3225
3226 retry_cpuset:
3227         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3228
3229         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3230         ac.zonelist = zonelist;
3231
3232         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3233         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3234
3235         /* The preferred zone is used for statistics later */
3236         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3237                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3238                                 &ac.preferred_zone);
3239         if (!ac.preferred_zone)
3240                 goto out;
3241         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3242
3243         /* First allocation attempt */
3244         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3245         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3246         if (unlikely(!page)) {
3247                 /*
3248                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3249                  * can deadlock because I/O on the device might not
3250                  * complete.
3251                  */
3252                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3253                 ac.spread_dirty_pages = false;
3254
3255                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3256         }
3257
3258         if (kmemcheck_enabled && page)
3259                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3260
3261         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3262
3263 out:
3264         /*
3265          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3266          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3267          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3268          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3269          */
3270         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3271                 goto retry_cpuset;
3272
3273         return page;
3274 }
3275 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3276
3277 /*
3278  * Common helper functions.
3279  */
3280 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3281 {
3282         struct page *page;
3283
3284         /*
3285          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3286          * a highmem page
3287          */
3288         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3289
3290         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3291         if (!page)
3292                 return 0;
3293         return (unsigned long) page_address(page);
3294 }
3295 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3296
3297 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3298 {
3299         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3300 }
3301 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3302
3303 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3304 {
3305         if (put_page_testzero(page)) {
3306                 if (order == 0)
3307                         free_hot_cold_page(page, false);
3308                 else
3309                         __free_pages_ok(page, order);
3310         }
3311 }
3312
3313 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3314
3315 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3316 {
3317         if (addr != 0) {
3318                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3319                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3320         }
3321 }
3322
3323 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3324
3325 /*
3326  * Page Fragment:
3327  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3328  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3329  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3330  *
3331  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3332  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3333  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3334  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3335  */
3336 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3337                                        gfp_t gfp_mask)
3338 {
3339         struct page *page = NULL;
3340         gfp_t gfp = gfp_mask;
3341
3342 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3343         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3344                     __GFP_NOMEMALLOC;
3345         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3346                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3347         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3348 #endif
3349         if (unlikely(!page))
3350                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3351
3352         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3353
3354         return page;
3355 }
3356
3357 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3358                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3359 {
3360         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3361         struct page *page;
3362         int offset;
3363
3364         if (unlikely(!nc->va)) {
3365 refill:
3366                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3367                 if (!page)
3368                         return NULL;
3369
3370 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3371                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3372                 size = nc->size;
3373 #endif
3374                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3375                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3376                  */
3377                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3378
3379                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3380                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3381                 nc->pagecnt_bias = size;
3382                 nc->offset = size;
3383         }
3384
3385         offset = nc->offset - fragsz;
3386         if (unlikely(offset < 0)) {
3387                 page = virt_to_page(nc->va);
3388
3389                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3390                         goto refill;
3391
3392 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3393                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3394                 size = nc->size;
3395 #endif
3396                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3397                 atomic_set(&page->_count, size);
3398
3399                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3400                 nc->pagecnt_bias = size;
3401                 offset = size - fragsz;
3402         }
3403
3404         nc->pagecnt_bias--;
3405         nc->offset = offset;
3406
3407         return nc->va + offset;
3408 }
3409 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3410
3411 /*
3412  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3413  */
3414 void __free_page_frag(void *addr)
3415 {
3416         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3417
3418         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3419                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3420 }
3421 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3422
3423 /*
3424  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3425  * of the current memory cgroup.
3426  *
3427  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3428  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3429  */
3430 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3431 {
3432         struct page *page;
3433
3434         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3435         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3436                 __free_pages(page, order);
3437                 page = NULL;
3438         }
3439         return page;
3440 }
3441
3442 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3443 {
3444         struct page *page;
3445
3446         page = alloc_pages_node(nid, 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 /*
3455  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3456  * alloc_kmem_pages.
3457  */
3458 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3459 {
3460         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3461         __free_pages(page, order);
3462 }
3463
3464 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3465 {
3466         if (addr != 0) {
3467                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3468                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3469         }
3470 }
3471
3472 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3473                 size_t size)
3474 {
3475         if (addr) {
3476                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3477                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3478
3479                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3480                 while (used < alloc_end) {
3481                         free_page(used);
3482                         used += PAGE_SIZE;
3483                 }
3484         }
3485         return (void *)addr;
3486 }
3487
3488 /**
3489  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3490  * @size: the number of bytes to allocate
3491  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3492  *
3493  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3494  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3495  * allocate memory in power-of-two pages.
3496  *
3497  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3498  *
3499  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3500  */
3501 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3502 {
3503         unsigned int order = get_order(size);
3504         unsigned long addr;
3505
3506         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3507         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3508 }
3509 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3510
3511 /**
3512  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3513  *                         pages on a node.
3514  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3515  * @size: the number of bytes to allocate
3516  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3517  *
3518  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3519  * back.
3520  */
3521 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3522 {
3523         unsigned int order = get_order(size);
3524         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3525         if (!p)
3526                 return NULL;
3527         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3528 }
3529
3530 /**
3531  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3532  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3533  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3534  *
3535  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3536  */
3537 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3538 {
3539         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3540         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3541
3542         while (addr < end) {
3543                 free_page(addr);
3544                 addr += PAGE_SIZE;
3545         }
3546 }
3547 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3548
3549 /**
3550  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3551  * @offset: The zone index of the highest zone
3552  *
3553  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3554  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3555  * zone, the number of pages is calculated as:
3556  *     managed_pages - high_pages
3557  */
3558 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3559 {
3560         struct zoneref *z;
3561         struct zone *zone;
3562
3563         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3564         unsigned long sum = 0;
3565
3566         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3567
3568         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3569                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3570                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3571                 if (size > high)
3572                         sum += size - high;
3573         }
3574
3575         return sum;
3576 }
3577
3578 /**
3579  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3580  *
3581  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3582  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3583  */
3584 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3585 {
3586         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3587 }
3588 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3589
3590 /**
3591  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3592  *
3593  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3594  * high watermark within all zones.
3595  */
3596 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3597 {
3598         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3599 }
3600
3601 static inline void show_node(struct zone *zone)
3602 {
3603         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3604                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3605 }
3606
3607 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3608 {
3609         val->totalram = totalram_pages;
3610         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3611         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3612         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3613         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3614         val->freehigh = nr_free_highpages();
3615         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3616 }
3617
3618 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3619
3620 #ifdef CONFIG_NUMA
3621 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3622 {
3623         int zone_type;          /* needs to be signed */
3624         unsigned long managed_pages = 0;
3625         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3626
3627         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3628                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3629         val->totalram = managed_pages;
3630         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3631         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3632 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3633         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3634         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3635                         NR_FREE_PAGES);
3636 #else
3637         val->totalhigh = 0;
3638         val->freehigh = 0;
3639 #endif
3640         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3641 }
3642 #endif
3643
3644 /*
3645  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3646  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3647  */
3648 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3649 {
3650         bool ret = false;
3651         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3652
3653         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3654                 goto out;
3655
3656         do {
3657                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3658                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3659         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3660 out:
3661         return ret;
3662 }
3663
3664 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3665
3666 static void show_migration_types(unsigned char type)
3667 {
3668         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3669                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3670                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3671                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3672                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3673 #ifdef CONFIG_CMA
3674                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3675 #endif
3676 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3677                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3678 #endif
3679         };
3680         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3681         char *p = tmp;
3682         int i;
3683
3684         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3685                 if (type & (1 << i))
3686                         *p++ = types[i];
3687         }
3688
3689         *p = '\0';
3690         printk("(%s) ", tmp);
3691 }
3692
3693 /*
3694  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3695  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3696  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3697  *
3698  * Bits in @filter:
3699  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3700  *   cpuset.
3701  */
3702 void show_free_areas(unsigned int filter)
3703 {
3704         unsigned long free_pcp = 0;
3705         int cpu;
3706         struct zone *zone;
3707
3708         for_each_populated_zone(zone) {
3709                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3710                         continue;
3711
3712                 for_each_online_cpu(cpu)
3713                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3714         }
3715
3716         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3717                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3718                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3719                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3720                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3721                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3722                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3723                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3724                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3725                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3726                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3727                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3728                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3729                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3730                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3731                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3732                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3733                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3734                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3735                 global_page_state(NR_SHMEM),
3736                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3737                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3738                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3739                 free_pcp,
3740                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3741
3742         for_each_populated_zone(zone) {
3743                 int i;
3744
3745                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3746                         continue;
3747
3748                 free_pcp = 0;
3749                 for_each_online_cpu(cpu)
3750                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3751
3752                 show_node(zone);
3753                 printk("%s"
3754                         " free:%lukB"
3755                         " min:%lukB"
3756                         " low:%lukB"
3757                         " high:%lukB"
3758                         " active_anon:%lukB"
3759                         " inactive_anon:%lukB"
3760                         " active_file:%lukB"
3761                         " inactive_file:%lukB"
3762                         " unevictable:%lukB"
3763                         " isolated(anon):%lukB"
3764                         " isolated(file):%lukB"
3765                         " present:%lukB"
3766                         " managed:%lukB"
3767                         " mlocked:%lukB"
3768                         " dirty:%lukB"
3769                         " writeback:%lukB"
3770                         " mapped:%lukB"
3771                         " shmem:%lukB"
3772                         " slab_reclaimable:%lukB"
3773                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3774                         " kernel_stack:%lukB"
3775                         " pagetables:%lukB"
3776                         " unstable:%lukB"
3777                         " bounce:%lukB"
3778                         " free_pcp:%lukB"
3779                         " local_pcp:%ukB"
3780                         " free_cma:%lukB"
3781                         " writeback_tmp:%lukB"
3782                         " pages_scanned:%lu"
3783                         " all_unreclaimable? %s"
3784                         "\n",
3785                         zone->name,
3786                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3787                         K(min_wmark_pages(zone)),
3788                         K(low_wmark_pages(zone)),
3789                         K(high_wmark_pages(zone)),
3790                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3791                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3792                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3793                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3794                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3795                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3796                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3797                         K(zone->present_pages),
3798                         K(zone->managed_pages),
3799                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3800                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3801                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3802                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3803                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3804                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3805                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3806                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3807                                 THREAD_SIZE / 1024,
3808                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3809                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3810                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3811                         K(free_pcp),
3812                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3813                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3814                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3815                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3816                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3817                         );
3818                 printk("lowmem_reserve[]:");
3819                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3820                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3821                 printk("\n");
3822         }
3823
3824         for_each_populated_zone(zone) {
3825                 unsigned int order;
3826                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3827                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3828
3829                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3830                         continue;
3831                 show_node(zone);
3832                 printk("%s: ", zone->name);
3833
3834                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3835                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3836                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3837                         int type;
3838
3839                         nr[order] = area->nr_free;
3840                         total += nr[order] << order;
3841
3842                         types[order] = 0;
3843                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3844                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3845                                         types[order] |= 1 << type;
3846                         }
3847                 }
3848                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3849                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3850                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3851                         if (nr[order])
3852                                 show_migration_types(types[order]);
3853                 }
3854                 printk("= %lukB\n", K(total));
3855         }
3856
3857         hugetlb_show_meminfo();
3858
3859         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3860
3861         show_swap_cache_info();
3862 }
3863
3864 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3865 {
3866         zoneref->zone = zone;
3867         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3868 }
3869
3870 /*
3871  * Builds allocation fallback zone lists.
3872  *
3873  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3874  */
3875 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3876                                 int nr_zones)
3877 {
3878         struct zone *zone;
3879         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3880
3881         do {
3882                 zone_type--;
3883                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3884                 if (populated_zone(zone)) {
3885                         zoneref_set_zone(zone,
3886                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3887                         check_highest_zone(zone_type);
3888                 }
3889         } while (zone_type);
3890
3891         return nr_zones;
3892 }
3893
3894
3895 /*
3896  *  zonelist_order:
3897  *  0 = automatic detection of better ordering.
3898  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3899  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3900  *
3901  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3902  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3903  */
3904 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3905 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3906 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3907
3908 /* zonelist order in the kernel.
3909  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3910  */
3911 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3912 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3913
3914
3915 #ifdef CONFIG_NUMA
3916 /* The value user specified ....changed by config */
3917 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3918 /* string for sysctl */
3919 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3920 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3921
3922 /*
3923  * interface for configure zonelist ordering.
3924  * command line option "numa_zonelist_order"
3925  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3926  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3927  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3928  */
3929
3930 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3931 {
3932         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3933                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3934         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3935                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3936         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3937                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3938         } else {
3939                 printk(KERN_WARNING
3940                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3941                         "%s\n", s);
3942                 return -EINVAL;
3943         }
3944         return 0;
3945 }
3946
3947 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3948 {
3949         int ret;
3950
3951         if (!s)
3952                 return 0;
3953
3954         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3955         if (ret == 0)
3956                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3957
3958         return ret;
3959 }
3960 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3961
3962 /*
3963  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3964  */
3965 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3966                 void __user *buffer, size_t *length,
3967                 loff_t *ppos)
3968 {
3969         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3970         int ret;
3971         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3972
3973         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3974         if (write) {
3975                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3976                         ret = -EINVAL;
3977                         goto out;
3978                 }
3979                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3980         }
3981         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3982         if (ret)
3983                 goto out;
3984         if (write) {
3985                 int oldval = user_zonelist_order;
3986
3987                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3988                 if (ret) {
3989                         /*
3990                          * bogus value.  restore saved string
3991                          */
3992                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3993                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3994                         user_zonelist_order = oldval;
3995                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3996                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3997                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3998                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3999                 }
4000         }
4001 out:
4002         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4003         return ret;
4004 }
4005
4006
4007 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4008 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4009
4010 /**
4011  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4012  * @node: node whose fallback list we're appending
4013  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4014  *
4015  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4016  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4017  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4018  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4019  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4020  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4021  * on them otherwise.
4022  * It returns -1 if no node is found.
4023  */
4024 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4025 {
4026         int n, val;
4027         int min_val = INT_MAX;
4028         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4029         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4030
4031         /* Use the local node if we haven't already */
4032         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4033                 node_set(node, *used_node_mask);
4034                 return node;
4035         }
4036
4037         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4038
4039                 /* Don't want a node to appear more than once */
4040                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4041                         continue;
4042
4043                 /* Use the distance array to find the distance */
4044                 val = node_distance(node, n);
4045
4046                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4047                 val += (n < node);
4048
4049                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4050                 tmp = cpumask_of_node(n);
4051                 if (!cpumask_empty(tmp))
4052                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4053
4054                 /* Slight preference for less loaded node */
4055                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4056                 val += node_load[n];
4057
4058                 if (val < min_val) {
4059                         min_val = val;
4060                         best_node = n;
4061                 }
4062         }
4063
4064         if (best_node >= 0)
4065                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4066
4067         return best_node;
4068 }
4069
4070
4071 /*
4072  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4073  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4074  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4075  */
4076 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4077 {
4078         int j;
4079         struct zonelist *zonelist;
4080
4081         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4082         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4083                 ;
4084         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4085         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4086         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4087 }
4088
4089 /*
4090  * Build gfp_thisnode zonelists
4091  */
4092 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4093 {
4094         int j;
4095         struct zonelist *zonelist;
4096
4097         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4098         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4099         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4100         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4101 }
4102
4103 /*
4104  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4105  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4106  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4107  * may still exist in local DMA zone.
4108  */
4109 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4110
4111 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4112 {
4113         int pos, j, node;
4114         int zone_type;          /* needs to be signed */
4115         struct zone *z;
4116         struct zonelist *zonelist;
4117
4118         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4119         pos = 0;
4120         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4121                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4122                         node = node_order[j];
4123                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4124                         if (populated_zone(z)) {
4125                                 zoneref_set_zone(z,
4126                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4127                                 check_highest_zone(zone_type);
4128                         }
4129                 }
4130         }
4131         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4132         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4133 }
4134
4135 #if defined(CONFIG_64BIT)
4136 /*
4137  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4138  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4139  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4140  */
4141 static int default_zonelist_order(void)
4142 {
4143         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4144 }
4145 #else
4146 /*
4147  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4148  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4149  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4150  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4151  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4152  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4153  */
4154 static int default_zonelist_order(void)
4155 {
4156         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4157 }
4158 #endif /* CONFIG_64BIT */
4159
4160 static void set_zonelist_order(void)
4161 {
4162         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4163                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4164         else
4165                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4166 }
4167
4168 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4169 {
4170         int j, node, load;
4171         enum zone_type i;
4172         nodemask_t used_mask;
4173         int local_node, prev_node;
4174         struct zonelist *zonelist;
4175         unsigned int order = current_zonelist_order;
4176
4177         /* initialize zonelists */
4178         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4179                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4180                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4181                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4182         }
4183
4184         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4185         local_node = pgdat->node_id;
4186         load = nr_online_nodes;
4187         prev_node = local_node;
4188         nodes_clear(used_mask);
4189
4190         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4191         j = 0;
4192
4193         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4194                 /*
4195                  * We don't want to pressure a particular node.
4196                  * So adding penalty to the first node in same
4197                  * distance group to make it round-robin.
4198                  */
4199                 if (node_distance(local_node, node) !=
4200                     node_distance(local_node, prev_node))
4201                         node_load[node] = load;
4202
4203                 prev_node = node;
4204                 load--;
4205                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4206                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4207                 else
4208                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4209         }
4210
4211         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4212                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4213                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4214         }
4215
4216         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4217 }
4218
4219 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4220 /*
4221  * Return node id of node used for "local" allocations.
4222  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4223  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4224  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4225  */
4226 int local_memory_node(int node)
4227 {
4228         struct zone *zone;
4229
4230         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4231                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4232                                    NULL,
4233                                    &zone);
4234         return zone->node;
4235 }
4236 #endif
4237
4238 #else   /* CONFIG_NUMA */
4239
4240 static void set_zonelist_order(void)
4241 {
4242         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4243 }
4244
4245 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4246 {
4247         int node, local_node;
4248         enum zone_type j;
4249         struct zonelist *zonelist;
4250
4251         local_node = pgdat->node_id;
4252
4253         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4254         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4255
4256         /*
4257          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4258          * of all the other nodes.
4259          * We don't want to pressure a particular node, so when
4260          * building the zones for node N, we make sure that the
4261          * zones coming right after the local ones are those from
4262          * node N+1 (modulo N)
4263          */
4264         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4265                 if (!node_online(node))
4266                         continue;
4267                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4268         }
4269         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4270                 if (!node_online(node))
4271                         continue;
4272                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4273         }
4274
4275         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4276         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4277 }
4278
4279 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4280
4281 /*
4282  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4283  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4284  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4285  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4286  * with interrupts disabled.
4287  *
4288  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4289  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4290  * hotplugged processors.
4291  *
4292  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4293  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4294  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4295  */
4296 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4297 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4298 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4299
4300 /*
4301  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4302  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4303  */
4304 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4305
4306 /* return values int ....just for stop_machine() */
4307 static int __build_all_zonelists(void *data)
4308 {
4309         int nid;
4310         int cpu;
4311         pg_data_t *self = data;
4312
4313 #ifdef CONFIG_NUMA
4314         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4315 #endif
4316
4317         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4318                 build_zonelists(self);
4319         }
4320
4321         for_each_online_node(nid) {
4322                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4323
4324                 build_zonelists(pgdat);
4325         }
4326
4327         /*
4328          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4329          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4330          * each zone will be allocated later when the per cpu
4331          * allocator is available.
4332          *
4333          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4334          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4335          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4336          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4337          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4338          * (a chicken-egg dilemma).
4339          */
4340         for_each_possible_cpu(cpu) {
4341                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4342
4343 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4344                 /*
4345                  * We now know the "local memory node" for each node--
4346                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4347                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4348                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4349                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4350                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4351                  */
4352                 if (cpu_online(cpu))
4353                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4354 #endif
4355         }
4356
4357         return 0;
4358 }
4359
4360 static noinline void __init
4361 build_all_zonelists_init(void)
4362 {
4363         __build_all_zonelists(NULL);
4364         mminit_verify_zonelist();
4365         cpuset_init_current_mems_allowed();
4366 }
4367
4368 /*
4369  * Called with zonelists_mutex held always
4370  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4371  *
4372  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4373  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4374  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4375  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4376  */
4377 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4378 {
4379         set_zonelist_order();
4380
4381         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4382                 build_all_zonelists_init();
4383         } else {
4384 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4385                 if (zone)
4386                         setup_zone_pageset(zone);
4387 #endif
4388                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4389                    of zonelist */
4390                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4391                 /* cpuset refresh routine should be here */
4392         }
4393         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4394         /*
4395          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4396          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4397          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4398          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4399          * disabled and enable it later
4400          */
4401         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4402                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4403         else
4404                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4405
4406         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4407                 "Total pages: %ld\n",
4408                         nr_online_nodes,
4409                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4410                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4411                         vm_total_pages);
4412 #ifdef CONFIG_NUMA
4413         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4414 #endif
4415 }
4416
4417 /*
4418  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4419  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4420  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4421  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4422  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4423  * conservative, even though it seems large.
4424  *
4425  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4426  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4427  */
4428 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4429
4430 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4431 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4432 {
4433         unsigned long size = 1;
4434
4435         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4436
4437         while (size < pages)
4438                 size <<= 1;
4439
4440         /*
4441          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4442          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4443          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4444          */
4445         size = min(size, 4096UL);
4446
4447         return max(size, 4UL);
4448 }
4449 #else
4450 /*
4451  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4452  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4453  *
4454  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4455  *
4456  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4457  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4458  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4459  *
4460  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4461  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4462  *
4463  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4464  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4465  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4466  */
4467 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4468 {
4469         return 4096UL;
4470 }
4471 #endif
4472
4473 /*
4474  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4475  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4476  * hash function before the remainder is taken.
4477  */
4478 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4479 {
4480         return ffz(~size);
4481 }
4482
4483 /*
4484  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4485  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4486  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4487  */
4488 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4489                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4490 {
4491         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4492         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4493         unsigned long pfn;
4494         struct zone *z;
4495         unsigned long nr_initialised = 0;
4496
4497         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4498                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4499
4500         z = &pgdat->node_zones[zone];
4501         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4502                 /*
4503                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4504                  * handed to this function.  They do not
4505                  * exist on hotplugged memory.
4506                  */
4507                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4508                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4509                                 continue;
4510                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4511                                 continue;
4512                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4513                                                 &nr_initialised))
4514                                 break;
4515                 }
4516
4517                 /*
4518                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4519                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4520                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4521                  * the address space during boot when many long-lived
4522                  * kernel allocations are made.
4523                  *
4524                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4525                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4526                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4527                  * pfn out of zone.
4528                  */
4529                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4530                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4531
4532                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4533                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4534                 } else {
4535                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4536                 }
4537         }
4538 }
4539
4540 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4541 {
4542         unsigned int order, t;
4543         for_each_migratetype_order(order, t) {
4544                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4545                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4546         }
4547 }
4548
4549 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4550 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4551         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4552 #endif
4553
4554 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4555 {
4556 #ifdef CONFIG_MMU
4557         int batch;
4558
4559         /*
4560          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4561          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4562          *
4563          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4564          */
4565         batch = zone->managed_pages / 1024;
4566         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4567                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4568         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4569         if (batch < 1)
4570                 batch = 1;
4571
4572         /*
4573          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4574          * of 2 value was found to be more likely to have
4575          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4576          *
4577          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4578          * batches of pages, one task can end up with a lot
4579          * of pages of one half of the possible page colors
4580          * and the other with pages of the other colors.
4581          */
4582         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4583
4584         return batch;
4585
4586 #else
4587         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4588          * conditions.
4589          *
4590          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4591          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4592          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4593          *
4594          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4595          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4596          * can be a significant delay between the individual batches being
4597          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4598          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4599          */
4600         return 0;
4601 #endif
4602 }
4603
4604 /*
4605  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4606  * ->batch must never be higher then ->high.
4607  * The following function updates them in a safe manner without read side
4608  * locking.
4609  *
4610  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4611  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4612  *
4613  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4614  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4615  * exist).
4616  */
4617 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4618                 unsigned long batch)
4619 {
4620        /* start with a fail safe value for batch */
4621         pcp->batch = 1;
4622         smp_wmb();
4623
4624        /* Update high, then batch, in order */
4625         pcp->high = high;
4626         smp_wmb();
4627
4628         pcp->batch = batch;
4629 }
4630
4631 /* a companion to pageset_set_high() */
4632 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4633 {
4634         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4635 }
4636
4637 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4638 {
4639         struct per_cpu_pages *pcp;
4640         int migratetype;
4641
4642         memset(p, 0, sizeof(*p));
4643
4644         pcp = &p->pcp;
4645         pcp->count = 0;
4646         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4647                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4648 }
4649
4650 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4651 {
4652         pageset_init(p);
4653         pageset_set_batch(p, batch);
4654 }
4655
4656 /*
4657  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4658  * to the value high for the pageset p.
4659  */
4660 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4661                                 unsigned long high)
4662 {
4663         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4664         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4665                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4666
4667         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4668 }
4669
4670 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4671                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4672 {
4673         if (percpu_pagelist_fraction)
4674                 pageset_set_high(pcp,
4675                         (zone->managed_pages /
4676                                 percpu_pagelist_fraction));
4677         else
4678                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4679 }
4680
4681 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4682 {
4683         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4684
4685         pageset_init(pcp);
4686         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4687 }
4688
4689 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4690 {
4691         int cpu;
4692         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4693         for_each_possible_cpu(cpu)
4694                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4695 }
4696
4697 /*
4698  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4699  * Before this call only boot pagesets were available.
4700  */
4701 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4702 {
4703         struct zone *zone;
4704
4705         for_each_populated_zone(zone)
4706                 setup_zone_pageset(zone);
4707 }
4708
4709 static noinline __init_refok
4710 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4711 {
4712         int i;
4713         size_t alloc_size;
4714
4715         /*
4716          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4717          * per zone.
4718          */
4719         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4720                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4721         zone->wait_table_bits =
4722                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4723         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4724                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4725
4726         if (!slab_is_available()) {
4727                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4728                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4729                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4730         } else {
4731                 /*
4732                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4733                  * via memory hot-add.
4734                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4735                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4736                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4737                  * node itself as well.
4738                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4739                  * necessary.
4740                  */
4741                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4742         }
4743         if (!zone->wait_table)
4744                 return -ENOMEM;
4745
4746         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4747                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4748
4749         return 0;
4750 }
4751
4752 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4753 {
4754         /*
4755          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4756          * relies on the ability of the linker to provide the
4757          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4758          */
4759         zone->pageset = &boot_pageset;
4760
4761         if (populated_zone(zone))
4762                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4763                         zone->name, zone->present_pages,
4764                                          zone_batchsize(zone));
4765 }
4766
4767 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4768                                         unsigned long zone_start_pfn,
4769                                         unsigned long size)
4770 {
4771         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4772         int ret;
4773         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4774         if (ret)
4775                 return ret;
4776         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4777
4778         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4779
4780         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4781                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4782                         pgdat->node_id,
4783                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4784                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4785
4786         zone_init_free_lists(zone);
4787
4788         return 0;
4789 }
4790
4791 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4792 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4793
4794 /*
4795  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4796  */
4797 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4798                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4799 {
4800         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4801         int nid;
4802
4803         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4804                 return state->last_nid;
4805
4806         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4807         if (nid != -1) {
4808                 state->last_start = start_pfn;
4809                 state->last_end = end_pfn;
4810                 state->last_nid = nid;
4811         }
4812
4813         return nid;
4814 }
4815 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4816
4817 /**
4818  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4819  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4820  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4821  *
4822  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4823  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4824  * memblock_free_early_nid() manually.
4825  */
4826 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4827 {
4828         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4829         int i, this_nid;
4830
4831         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4832                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4833                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4834
4835                 if (start_pfn < end_pfn)
4836                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4837                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4838                                         this_nid);
4839         }
4840 }
4841
4842 /**
4843  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4844  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4845  *
4846  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4847  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4848  */
4849 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4850 {
4851         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4852         int i, this_nid;
4853
4854         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4855                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4856 }
4857
4858 /**
4859  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4860  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4861  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4862  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4863  *
4864  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4865  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4866  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4867  * PFNs will be 0.
4868  */
4869 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4870                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4871 {
4872         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4873         int i;
4874
4875         *start_pfn = -1UL;
4876         *end_pfn = 0;
4877
4878         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4879                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4880                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4881         }
4882
4883         if (*start_pfn == -1UL)
4884                 *start_pfn = 0;
4885 }
4886
4887 /*
4888  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4889  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4890  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4891  */
4892 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4893 {
4894         int zone_index;
4895         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4896                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4897                         continue;
4898
4899                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4900                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4901                         break;
4902         }
4903
4904         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4905         movable_zone = zone_index;
4906 }
4907
4908 /*
4909  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4910  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4911  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4912  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4913  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4914  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4915  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4916  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4917  */
4918 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4919                                         unsigned long zone_type,
4920                                         unsigned long node_start_pfn,
4921                                         unsigned long node_end_pfn,
4922                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4923                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4924 {
4925         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4926         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4927                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4928                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4929                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4930                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4931                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4932
4933                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4934                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4935                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4936                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4937
4938                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4939                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4940                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4941         }
4942 }
4943
4944 /*
4945  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4946  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4947  */
4948 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4949                                         unsigned long zone_type,
4950                                         unsigned long node_start_pfn,
4951                                         unsigned long node_end_pfn,
4952                                         unsigned long *ignored)
4953 {
4954         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4955
4956         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
4957         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
4958                 return 0;
4959
4960         /* Get the start and end of the zone */
4961         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4962         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4963         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4964                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4965                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4966
4967         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4968         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4969                 return 0;
4970
4971         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4972         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4973         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4974
4975         /* Return the spanned pages */
4976         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4977 }
4978
4979 /*
4980  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4981  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4982  */
4983 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4984                                 unsigned long range_start_pfn,
4985                                 unsigned long range_end_pfn)
4986 {
4987         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4988         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4989         int i;
4990
4991         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4992                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4993                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4994                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4995         }
4996         return nr_absent;
4997 }
4998
4999 /**
5000  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5001  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5002  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5003  *
5004  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5005  */
5006 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5007                                                         unsigned long end_pfn)
5008 {
5009         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5010 }
5011
5012 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5013 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5014                                         unsigned long zone_type,
5015                                         unsigned long node_start_pfn,
5016                                         unsigned long node_end_pfn,
5017                                         unsigned long *ignored)
5018 {
5019         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5020         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5021         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5022
5023         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5024         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5025                 return 0;
5026
5027         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5028         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5029
5030         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5031                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5032                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5033         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5034 }
5035
5036 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5037 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5038                                         unsigned long zone_type,
5039                                         unsigned long node_start_pfn,
5040                                         unsigned long node_end_pfn,
5041                                         unsigned long *zones_size)
5042 {
5043         return zones_size[zone_type];
5044 }
5045
5046 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5047                                                 unsigned long zone_type,
5048                                                 unsigned long node_start_pfn,
5049                                                 unsigned long node_end_pfn,
5050                                                 unsigned long *zholes_size)
5051 {
5052         if (!zholes_size)
5053                 return 0;
5054
5055         return zholes_size[zone_type];
5056 }
5057
5058 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5059
5060 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5061                                                 unsigned long node_start_pfn,
5062                                                 unsigned long node_end_pfn,
5063                                                 unsigned long *zones_size,
5064                                                 unsigned long *zholes_size)
5065 {
5066         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5067         enum zone_type i;
5068
5069         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5070                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5071                 unsigned long size, real_size;
5072
5073                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5074                                                   node_start_pfn,
5075                                                   node_end_pfn,
5076                                                   zones_size);
5077                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5078                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5079                                                   zholes_size);
5080                 zone->spanned_pages = size;
5081                 zone->present_pages = real_size;
5082
5083                 totalpages += size;
5084                 realtotalpages += real_size;
5085         }
5086
5087         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5088         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5089         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5090                                                         realtotalpages);
5091 }
5092
5093 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5094 /*
5095  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5096  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5097  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5098  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5099  * bytes.
5100  */
5101 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5102 {
5103         unsigned long usemapsize;
5104
5105         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5106         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5107         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5108         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5109         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5110
5111         return usemapsize / 8;
5112 }
5113
5114 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5115                                 struct zone *zone,
5116                                 unsigned long zone_start_pfn,
5117                                 unsigned long zonesize)
5118 {
5119         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5120         zone->pageblock_flags = NULL;
5121         if (usemapsize)
5122                 zone->pageblock_flags =
5123                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5124                                                          pgdat->node_id);
5125 }
5126 #else
5127 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5128                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5129 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5130
5131 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5132
5133 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5134 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5135 {
5136         unsigned int order;
5137
5138         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5139         if (pageblock_order)
5140                 return;
5141
5142         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5143                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5144         else
5145                 order = MAX_ORDER - 1;
5146
5147         /*
5148          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5149          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5150          * powerpc.
5151          */
5152         pageblock_order = order;
5153 }
5154 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5155
5156 /*
5157  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5158  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5159  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5160  * the kernel config
5161  */
5162 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5163 {
5164 }
5165
5166 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5167
5168 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5169                                                    unsigned long present_pages)
5170 {
5171         unsigned long pages = spanned_pages;
5172
5173         /*
5174          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5175          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5176          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5177          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5178          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5179          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5180          */
5181         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5182             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5183                 pages = present_pages;
5184
5185         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5186 }
5187
5188 /*
5189  * Set up the zone data structures:
5190  *   - mark all pages reserved
5191  *   - mark all memory queues empty
5192  *   - clear the memory bitmaps
5193  *
5194  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5195  */
5196 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5197 {
5198         enum zone_type j;
5199         int nid = pgdat->node_id;
5200         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5201         int ret;
5202
5203         pgdat_resize_init(pgdat);
5204 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5205         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5206         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5207         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5208 #endif
5209         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5210         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5211         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5212
5213         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5214                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5215                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5216
5217                 size = zone->spanned_pages;
5218                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5219
5220                 /*
5221                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5222                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5223                  * and per-cpu initialisations
5224                  */
5225                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5226                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5227                         if (freesize >= memmap_pages) {
5228                                 freesize -= memmap_pages;
5229                                 if (memmap_pages)
5230                                         printk(KERN_DEBUG
5231                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5232                                                zone_names[j], memmap_pages);
5233                         } else
5234                                 printk(KERN_WARNING
5235                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5236                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5237                 }
5238
5239                 /* Account for reserved pages */
5240                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5241                         freesize -= dma_reserve;
5242                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5243                                         zone_names[0], dma_reserve);
5244                 }
5245
5246                 if (!is_highmem_idx(j))
5247                         nr_kernel_pages += freesize;
5248                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5249                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5250                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5251                 nr_all_pages += freesize;
5252
5253                 /*
5254                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5255                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5256                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5257                  */
5258                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5259 #ifdef CONFIG_NUMA
5260                 zone->node = nid;
5261                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5262                                                 / 100;
5263                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5264 #endif
5265                 zone->name = zone_names[j];
5266                 spin_lock_init(&zone->lock);
5267                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5268                 zone_seqlock_init(zone);
5269                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5270                 zone_pcp_init(zone);
5271
5272                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5273                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5274
5275                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5276                 if (!size)
5277                         continue;
5278
5279                 set_pageblock_order();
5280                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5281                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5282                 BUG_ON(ret);
5283                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5284                 zone_start_pfn += size;
5285         }
5286 }
5287
5288 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5289 {
5290         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5291         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5292
5293         /* Skip empty nodes */
5294         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5295                 return;
5296
5297 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5298         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5299         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5300         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5301         if (!pgdat->node_mem_map) {
5302                 unsigned long size, end;
5303                 struct page *map;
5304
5305                 /*
5306                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5307                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5308                  * for the buddy allocator to function correctly.
5309                  */
5310                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5311                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5312                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5313                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5314                 if (!map)
5315                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5316                                                                pgdat->node_id);
5317                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5318         }
5319 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5320         /*
5321          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5322          */
5323         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5324                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5325 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5326                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5327                         mem_map -= offset;
5328 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5329         }
5330 #endif
5331 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5332 }
5333
5334 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5335                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5336 {
5337         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5338         unsigned long start_pfn = 0;
5339         unsigned long end_pfn = 0;
5340
5341         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5342         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5343
5344         reset_deferred_meminit(pgdat);
5345         pgdat->node_id = nid;
5346         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5347 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5348         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5349         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5350                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5351                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5352 #endif
5353         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5354                                   zones_size, zholes_size);
5355
5356         alloc_node_mem_map(pgdat);
5357 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5358         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5359                 nid, (unsigned long)pgdat,
5360                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5361 #endif
5362
5363         free_area_init_core(pgdat);
5364 }
5365
5366 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5367
5368 #if MAX_NUMNODES > 1
5369 /*
5370  * Figure out the number of possible node ids.
5371  */
5372 void __init setup_nr_node_ids(void)
5373 {
5374         unsigned int highest;
5375
5376         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5377         nr_node_ids = highest + 1;
5378 }
5379 #endif
5380
5381 /**
5382  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5383  *
5384  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5385  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5386  * all the nodes.
5387  *
5388  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5389  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5390  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5391  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5392  *
5393  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5394  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5395  * populated node map.
5396  *
5397  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5398  * requirement (single node).
5399  */
5400 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5401 {
5402         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5403         unsigned long start, end, mask;
5404         int last_nid = -1;
5405         int i, nid;
5406
5407         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5408                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5409                         last_nid = nid;
5410                         last_end = end;
5411                         continue;
5412                 }
5413
5414                 /*
5415                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5416                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5417                  * too coarse to separate the current node from the last.
5418                  */
5419                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5420                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5421                         mask <<= 1;
5422
5423                 /* accumulate all internode masks */
5424                 accl_mask |= mask;
5425         }
5426
5427         /* convert mask to number of pages */
5428         return ~accl_mask + 1;
5429 }
5430
5431 /* Find the lowest pfn for a node */
5432 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5433 {
5434         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5435         unsigned long start_pfn;
5436         int i;
5437
5438         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5439                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5440
5441         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5442                 printk(KERN_WARNING
5443                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5444                 return 0;
5445         }
5446
5447         return min_pfn;
5448 }
5449
5450 /**
5451  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5452  *
5453  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5454  * memblock_set_node().
5455  */
5456 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5457 {
5458         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5459 }
5460
5461 /*
5462  * early_calculate_totalpages()
5463  * Sum pages in active regions for movable zone.
5464  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5465  */
5466 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5467 {
5468         unsigned long totalpages = 0;
5469         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5470         int i, nid;
5471
5472         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5473                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5474
5475                 totalpages += pages;
5476                 if (pages)
5477                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5478         }
5479         return totalpages;
5480 }
5481
5482 /*
5483  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5484  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5485  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5486  * others
5487  */
5488 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5489 {
5490         int i, nid;
5491         unsigned long usable_startpfn;
5492         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5493         /* save the state before borrow the nodemask */
5494         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5495         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5496         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5497         struct memblock_region *r;
5498
5499         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5500         find_usable_zone_for_movable();
5501
5502         /*
5503          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5504          * options.
5505          */
5506         if (movable_node_is_enabled()) {
5507                 for_each_memblock(memory, r) {
5508                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5509                                 continue;
5510
5511                         nid = r->nid;
5512
5513                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5514                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5515                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5516                                 usable_startpfn;
5517                 }
5518
5519                 goto out2;
5520         }
5521
5522         /*
5523          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5524          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5525          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5526          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5527          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5528          * what movablecore would have allowed.
5529          */
5530         if (required_movablecore) {
5531                 unsigned long corepages;
5532
5533                 /*
5534                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5535                  * was requested by the user
5536                  */
5537                 required_movablecore =
5538                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5539                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5540                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5541
5542                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5543         }
5544
5545         /*
5546          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5547          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5548          */
5549         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5550                 goto out;
5551
5552         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5553         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5554
5555 restart:
5556         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5557         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5558         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5559                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5560
5561                 /*
5562                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5563                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5564                  * amount of memory for the kernel
5565                  */
5566                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5567                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5568
5569                 /*
5570                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5571                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5572                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5573                  */
5574                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5575
5576                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5577                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5578                         unsigned long size_pages;
5579
5580                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5581                         if (start_pfn >= end_pfn)
5582                                 continue;
5583
5584                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5585                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5586                                 unsigned long kernel_pages;
5587                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5588                                                                 - start_pfn;
5589
5590                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5591                                                         kernelcore_remaining);
5592                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5593                                                         required_kernelcore);
5594
5595                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5596                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5597
5598                                         /*
5599                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5600                                          * that if we have to rebalance
5601                                          * kernelcore across nodes, we will
5602                                          * not double account here
5603                                          */
5604                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5605                                         continue;
5606                                 }
5607                                 start_pfn = usable_startpfn;
5608                         }
5609
5610                         /*
5611                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5612                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5613                          * number of pages used as kernelcore
5614                          */
5615                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5616                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5617                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5618                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5619
5620                         /*
5621                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5622                          * break if the kernelcore for this node has been
5623                          * satisfied
5624                          */
5625                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5626                                                                 size_pages);
5627                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5628                         if (!kernelcore_remaining)
5629                                 break;
5630                 }
5631         }
5632
5633         /*
5634          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5635          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5636          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5637          * satisfied
5638          */
5639         usable_nodes--;
5640         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5641                 goto restart;
5642
5643 out2:
5644         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5645         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5646                 zone_movable_pfn[nid] =
5647                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5648
5649 out:
5650         /* restore the node_state */
5651         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5652 }
5653
5654 /* Any regular or high memory on that node ? */
5655 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5656 {
5657         enum zone_type zone_type;
5658
5659         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5660                 return;
5661
5662         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5663                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5664                 if (populated_zone(zone)) {
5665                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5666                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5667                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5668                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5669                         break;
5670                 }
5671         }
5672 }
5673
5674 /**
5675  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5676  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5677  *
5678  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5679  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5680  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5681  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5682  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5683  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5684  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5685  * at arch_max_dma_pfn.
5686  */
5687 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5688 {
5689         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5690         int i, nid;
5691
5692         /* Record where the zone boundaries are */
5693         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5694                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5695         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5696                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5697         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5698         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5699         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5700                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5701                         continue;
5702                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5703                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5704                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5705                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5706         }
5707         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5708         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5709
5710         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5711         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5712         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5713
5714         /* Print out the zone ranges */
5715         pr_info("Zone ranges:\n");
5716         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5717                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5718                         continue;
5719                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5720                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5721                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5722                         pr_cont("empty\n");
5723                 else
5724                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5725                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5726                                         << PAGE_SHIFT,
5727                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5728                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5729         }
5730
5731         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5732         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5733         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5734                 if (zone_movable_pfn[i])
5735                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5736                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5737         }
5738
5739         /* Print out the early node map */
5740         pr_info("Early memory node ranges\n");
5741         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5742                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5743                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5744                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5745
5746         /* Initialise every node */
5747         mminit_verify_pageflags_layout();
5748         setup_nr_node_ids();
5749         for_each_online_node(nid) {
5750                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5751                 free_area_init_node(nid, NULL,
5752                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5753
5754                 /* Any memory on that node */
5755                 if (pgdat->node_present_pages)
5756                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5757                 check_for_memory(pgdat, nid);
5758         }
5759 }
5760
5761 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5762 {
5763         unsigned long long coremem;
5764         if (!p)
5765                 return -EINVAL;
5766
5767         coremem = memparse(p, &p);
5768         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5769
5770         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5771         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5772
5773         return 0;
5774 }
5775
5776 /*
5777  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5778  * cannot be reclaimed or migrated.
5779  */
5780 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5781 {
5782         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5783 }
5784
5785 /*
5786  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5787  * can be reclaimed or migrated.
5788  */
5789 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5790 {
5791         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5792 }
5793
5794 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5795 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5796
5797 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5798
5799 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5800 {
5801         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5802         page_zone(page)->managed_pages += count;
5803         totalram_pages += count;
5804 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5805         if (PageHighMem(page))
5806                 totalhigh_pages += count;
5807 #endif
5808         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5809 }
5810 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5811
5812 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5813 {
5814         void *pos;
5815         unsigned long pages = 0;
5816
5817         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5818         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5819         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5820                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5821                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5822                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5823         }
5824
5825         if (pages && s)
5826                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5827                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5828
5829         return pages;
5830 }
5831 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5832
5833 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5834 void free_highmem_page(struct page *page)
5835 {
5836         __free_reserved_page(page);
5837         totalram_pages++;
5838         page_zone(page)->managed_pages++;
5839         totalhigh_pages++;
5840 }
5841 #endif
5842
5843
5844 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5845 {
5846         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5847         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5848
5849         physpages = get_num_physpages();
5850         codesize = _etext - _stext;
5851         datasize = _edata - _sdata;
5852         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5853         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5854         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5855         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5856
5857         /*
5858          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5859          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5860          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5861          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5862          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5863          */
5864 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5865         do { \
5866                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5867                         size -= adj; \
5868         } while (0)
5869
5870         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5871                      _sinittext, init_code_size);
5872         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5873         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5874         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5875         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5876
5877 #undef  adj_init_size
5878
5879         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5880                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5881                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5882 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5883                ", %luK highmem"
5884 #endif
5885                "%s%s)\n",
5886                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5887                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5888                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5889                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5890                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5891 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5892                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5893 #endif
5894                str ? ", " : "", str ? str : "");
5895 }
5896
5897 /**
5898  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5899  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5900  *
5901  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
5902  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5903  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5904  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5905  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5906  * smaller per-cpu batchsize.
5907  */
5908 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5909 {
5910         dma_reserve = new_dma_reserve;
5911 }
5912
5913 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5914 {
5915         free_area_init_node(0, zones_size,
5916                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5917 }
5918
5919 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5920                                  unsigned long action, void *hcpu)
5921 {
5922         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5923
5924         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5925                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5926                 drain_pages(cpu);
5927
5928                 /*
5929                  * Spill the event counters of the dead processor
5930                  * into the current processors event counters.
5931                  * This artificially elevates the count of the current
5932                  * processor.
5933                  */
5934                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5935
5936                 /*
5937                  * Zero the differential counters of the dead processor
5938                  * so that the vm statistics are consistent.
5939                  *
5940                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5941                  * race with what we are doing.
5942                  */
5943                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5944         }
5945         return NOTIFY_OK;
5946 }
5947
5948 void __init page_alloc_init(void)
5949 {
5950         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5951 }
5952
5953 /*
5954  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5955  *      or min_free_kbytes changes.
5956  */
5957 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5958 {
5959         struct pglist_data *pgdat;
5960         unsigned long reserve_pages = 0;
5961         enum zone_type i, j;
5962
5963         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5964                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5965                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5966                         long max = 0;
5967
5968                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5969                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5970                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5971                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5972                         }
5973
5974                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5975                         max += high_wmark_pages(zone);
5976
5977                         if (max > zone->managed_pages)
5978                                 max = zone->managed_pages;
5979                         reserve_pages += max;
5980                         /*
5981                          * Lowmem reserves are not available to
5982                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5983                          * kswapd tries to balance zones to their high
5984                          * watermark.  As a result, neither should be
5985                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5986                          * situation where reclaim has to clean pages
5987                          * in order to balance the zones.
5988                          */
5989                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5990                 }
5991         }
5992         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5993         totalreserve_pages = reserve_pages;
5994 }
5995
5996 /*
5997  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5998  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5999  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6000  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6001  */
6002 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6003 {
6004         struct pglist_data *pgdat;
6005         enum zone_type j, idx;
6006
6007         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6008                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6009                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6010                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6011
6012                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6013
6014                         idx = j;
6015                         while (idx) {
6016                                 struct zone *lower_zone;
6017
6018                                 idx--;
6019
6020                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6021                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6022
6023                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6024                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6025                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6026                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6027                         }
6028                 }
6029         }
6030
6031         /* update totalreserve_pages */
6032         calculate_totalreserve_pages();
6033 }
6034
6035 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6036 {
6037         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6038         unsigned long lowmem_pages = 0;
6039         struct zone *zone;
6040         unsigned long flags;
6041
6042         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6043         for_each_zone(zone) {
6044                 if (!is_highmem(zone))
6045                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6046         }
6047
6048         for_each_zone(zone) {
6049                 u64 tmp;
6050
6051                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6052                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6053                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6054                 if (is_highmem(zone)) {
6055                         /*
6056                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6057                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6058                          * value here.
6059                          *
6060                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6061                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6062                          * not be capped for highmem.
6063                          */
6064                         unsigned long min_pages;
6065
6066                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6067                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6068                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6069                 } else {
6070                         /*
6071                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6072                          * proportionate to the zone's size.
6073                          */
6074                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6075                 }
6076
6077                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6078                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6079
6080                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6081                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6082                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6083
6084                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6085         }
6086
6087         /* update totalreserve_pages */
6088         calculate_totalreserve_pages();
6089 }
6090
6091 /**
6092  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6093  * or when memory is hot-{added|removed}
6094  *
6095  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6096  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6097  */
6098 void setup_per_zone_wmarks(void)
6099 {
6100         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6101         __setup_per_zone_wmarks();
6102         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6103 }
6104
6105 /*
6106  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6107  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6108  * to be referenced again before it is swapped out.
6109  *
6110  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6111  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6112  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6113  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6114  *
6115  * total     target    max
6116  * memory    ratio     inactive anon
6117  * -------------------------------------
6118  *   10MB       1         5MB
6119  *  100MB       1        50MB
6120  *    1GB       3       250MB
6121  *   10GB      10       0.9GB
6122  *  100GB      31         3GB
6123  *    1TB     101        10GB
6124  *   10TB     320        32GB
6125  */
6126 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6127 {
6128         unsigned int gb, ratio;
6129
6130         /* Zone size in gigabytes */
6131         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6132         if (gb)
6133                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6134         else
6135                 ratio = 1;
6136
6137         zone->inactive_ratio = ratio;
6138 }
6139
6140 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6141 {
6142         struct zone *zone;
6143
6144         for_each_zone(zone)
6145                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6146 }
6147
6148 /*
6149  * Initialise min_free_kbytes.
6150  *
6151  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6152  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6153  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6154  *
6155  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6156  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6157  *
6158  * which yields
6159  *
6160  * 16MB:        512k
6161  * 32MB:        724k
6162  * 64MB:        1024k
6163  * 128MB:       1448k
6164  * 256MB:       2048k
6165  * 512MB:       2896k
6166  * 1024MB:      4096k
6167  * 2048MB:      5792k
6168  * 4096MB:      8192k
6169  * 8192MB:      11584k
6170  * 16384MB:     16384k
6171  */
6172 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6173 {
6174         unsigned long lowmem_kbytes;
6175         int new_min_free_kbytes;
6176
6177         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6178         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6179
6180         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6181                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6182                 if (min_free_kbytes < 128)
6183                         min_free_kbytes = 128;
6184                 if (min_free_kbytes > 65536)
6185                         min_free_kbytes = 65536;
6186         } else {
6187                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6188                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6189         }
6190         setup_per_zone_wmarks();
6191         refresh_zone_stat_thresholds();
6192         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6193         setup_per_zone_inactive_ratio();
6194         return 0;
6195 }
6196 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6197
6198 /*
6199  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6200  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6201  *      changes.
6202  */
6203 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6204         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6205 {
6206         int rc;
6207
6208         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6209         if (rc)
6210                 return rc;
6211
6212         if (write) {
6213                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6214                 setup_per_zone_wmarks();
6215         }
6216         return 0;
6217 }
6218
6219 #ifdef CONFIG_NUMA
6220 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6221         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6222 {
6223         struct zone *zone;
6224         int rc;
6225
6226         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6227         if (rc)
6228                 return rc;
6229
6230         for_each_zone(zone)
6231                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6232                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6233         return 0;
6234 }
6235
6236 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6237         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6238 {
6239         struct zone *zone;
6240         int rc;
6241
6242         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6243         if (rc)
6244                 return rc;
6245
6246         for_each_zone(zone)
6247                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6248                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6249         return 0;
6250 }
6251 #endif
6252
6253 /*
6254  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6255  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6256  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6257  *
6258  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6259  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6260  * if in function of the boot time zone sizes.
6261  */
6262 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6263         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6264 {
6265         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6266         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6267         return 0;
6268 }
6269
6270 /*
6271  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6272  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6273  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6274  */
6275 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6276         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6277 {
6278         struct zone *zone;
6279         int old_percpu_pagelist_fraction;
6280         int ret;
6281
6282         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6283         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6284
6285         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6286         if (!write || ret < 0)
6287                 goto out;
6288
6289         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6290         if (percpu_pagelist_fraction &&
6291             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6292                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6293                 ret = -EINVAL;
6294                 goto out;
6295         }
6296
6297         /* No change? */
6298         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6299                 goto out;
6300
6301         for_each_populated_zone(zone) {
6302                 unsigned int cpu;
6303
6304                 for_each_possible_cpu(cpu)
6305                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6306                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6307         }
6308 out:
6309         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6310         return ret;
6311 }
6312
6313 #ifdef CONFIG_NUMA
6314 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6315
6316 static int __init set_hashdist(char *str)
6317 {
6318         if (!str)
6319                 return 0;
6320         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6321         return 1;
6322 }
6323 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6324 #endif
6325
6326 /*
6327  * allocate a large system hash table from bootmem
6328  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6329  *   quantity of entries
6330  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6331  */
6332 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6333                                      unsigned long bucketsize,
6334                                      unsigned long numentries,
6335                                      int scale,
6336                                      int flags,
6337                                      unsigned int *_hash_shift,
6338                                      unsigned int *_hash_mask,
6339                                      unsigned long low_limit,
6340                                      unsigned long high_limit)
6341 {
6342         unsigned long long max = high_limit;
6343         unsigned long log2qty, size;
6344         void *table = NULL;
6345
6346         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6347         if (!numentries) {
6348                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6349                 numentries = nr_kernel_pages;
6350
6351                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6352                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6353                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6354
6355                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6356                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6357                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6358                 else
6359                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6360
6361                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6362                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6363                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6364                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6365                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6366                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6367                                 BUG_ON(!numentries);
6368                         }
6369                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6370                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6371         }
6372         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6373
6374         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6375         if (max == 0) {
6376                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6377                 do_div(max, bucketsize);
6378         }
6379         max = min(max, 0x80000000ULL);
6380
6381         if (numentries < low_limit)
6382                 numentries = low_limit;
6383         if (numentries > max)
6384                 numentries = max;
6385
6386         log2qty = ilog2(numentries);
6387
6388         do {
6389                 size = bucketsize << log2qty;
6390                 if (flags & HASH_EARLY)
6391                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6392                 else if (hashdist)
6393                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6394                 else {
6395                         /*
6396                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6397                          * some pages at the end of hash table which
6398                          * alloc_pages_exact() automatically does
6399                          */
6400                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6401                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6402                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6403                         }
6404                 }
6405         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6406
6407         if (!table)
6408                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6409
6410         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6411                tablename,
6412                (1UL << log2qty),
6413                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6414                size);
6415
6416         if (_hash_shift)
6417                 *_hash_shift = log2qty;
6418         if (_hash_mask)
6419                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6420
6421         return table;
6422 }
6423
6424 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6425 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6426                                                         unsigned long pfn)
6427 {
6428 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6429         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6430 #else
6431         return zone->pageblock_flags;
6432 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6433 }
6434
6435 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6436 {
6437 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6438         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6439         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6440 #else
6441         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6442         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6443 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6444 }
6445
6446 /**
6447  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6448  * @page: The page within the block of interest
6449  * @pfn: The target page frame number
6450  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6451  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6452  *
6453  * Return: pageblock_bits flags
6454  */
6455 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6456                                         unsigned long end_bitidx,
6457                                         unsigned long mask)
6458 {
6459         struct zone *zone;
6460         unsigned long *bitmap;
6461         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6462         unsigned long word;
6463
6464         zone = page_zone(page);
6465         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6466         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6467         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6468         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6469
6470         word = bitmap[word_bitidx];
6471         bitidx += end_bitidx;
6472         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6473 }
6474
6475 /**
6476  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6477  * @page: The page within the block of interest
6478  * @flags: The flags to set
6479  * @pfn: The target page frame number
6480  * @end_bitidx: The last bit of interest
6481  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6482  */
6483 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6484                                         unsigned long pfn,
6485                                         unsigned long end_bitidx,
6486                                         unsigned long mask)
6487 {
6488         struct zone *zone;
6489         unsigned long *bitmap;
6490         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6491         unsigned long old_word, word;
6492
6493         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6494
6495         zone = page_zone(page);
6496         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6497         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6498         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6499         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6500
6501         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6502
6503         bitidx += end_bitidx;
6504         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6505         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6506
6507         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6508         for (;;) {
6509                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6510                 if (word == old_word)
6511                         break;
6512                 word = old_word;
6513         }
6514 }
6515
6516 /*
6517  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6518  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6519  *
6520  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6521  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6522  * expect this function should be exact.
6523  */
6524 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6525                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6526 {
6527         unsigned long pfn, iter, found;
6528         int mt;
6529
6530         /*
6531          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6532          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6533          */
6534         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6535                 return false;
6536         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6537         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6538                 return false;
6539
6540         pfn = page_to_pfn(page);
6541         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6542                 unsigned long check = pfn + iter;
6543
6544                 if (!pfn_valid_within(check))
6545                         continue;
6546
6547                 page = pfn_to_page(check);
6548
6549                 /*
6550                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6551                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6552                  * handle each tail page individually in migration.
6553                  */
6554                 if (PageHuge(page)) {
6555                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6556                         continue;
6557                 }
6558
6559                 /*
6560                  * We can't use page_count without pin a page
6561                  * because another CPU can free compound page.
6562                  * This check already skips compound tails of THP
6563                  * because their page->_count is zero at all time.
6564                  */
6565                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6566                         if (PageBuddy(page))
6567                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6568                         continue;
6569                 }
6570
6571                 /*
6572                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6573                  * page_count() is not 0.
6574                  */
6575                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6576                         continue;
6577
6578                 if (!PageLRU(page))
6579                         found++;
6580                 /*
6581                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6582                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6583                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6584                  */
6585                 /*
6586                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6587                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6588                  *
6589                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6590                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6591                  * page at boot.
6592                  */
6593                 if (found > count)
6594                         return true;
6595         }
6596         return false;
6597 }
6598
6599 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6600 {
6601         struct zone *zone;
6602         unsigned long pfn;
6603
6604         /*
6605          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6606          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6607          * the zone but still within the section.
6608          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6609          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6610          */
6611         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6612                 return false;
6613
6614         zone = page_zone(page);
6615         pfn = page_to_pfn(page);
6616         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6617                 return false;
6618
6619         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6620 }
6621
6622 #ifdef CONFIG_CMA
6623
6624 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6625 {
6626         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6627                              pageblock_nr_pages) - 1);
6628 }
6629
6630 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6631 {
6632         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6633                                 pageblock_nr_pages));
6634 }
6635
6636 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6637 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6638                                         unsigned long start, unsigned long end)
6639 {
6640         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6641         unsigned long nr_reclaimed;
6642         unsigned long pfn = start;
6643         unsigned int tries = 0;
6644         int ret = 0;
6645
6646         migrate_prep();
6647
6648         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6649                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6650                         ret = -EINTR;
6651                         break;
6652                 }
6653
6654                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6655                         cc->nr_migratepages = 0;
6656                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6657                         if (!pfn) {
6658                                 ret = -EINTR;
6659                                 break;
6660                         }
6661                         tries = 0;
6662                 } else if (++tries == 5) {
6663                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6664                         break;
6665                 }
6666
6667                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6668                                                         &cc->migratepages);
6669                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6670
6671                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6672                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6673         }
6674         if (ret < 0) {
6675                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6676                 return ret;
6677         }
6678         return 0;
6679 }
6680
6681 /**
6682  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6683  * @start:      start PFN to allocate
6684  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6685  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6686  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6687  *                      in range must have the same migratetype and it must
6688  *                      be either of the two.
6689  *
6690  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6691  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6692  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6693  * pages fall in.
6694  *
6695  * The PFN range must belong to a single zone.
6696  *
6697  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6698  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6699  * need to be freed with free_contig_range().
6700  */
6701 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6702                        unsigned migratetype)
6703 {
6704         unsigned long outer_start, outer_end;
6705         unsigned int order;
6706         int ret = 0;
6707
6708         struct compact_control cc = {
6709                 .nr_migratepages = 0,
6710                 .order = -1,
6711                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6712                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6713                 .ignore_skip_hint = true,
6714         };
6715         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6716
6717         /*
6718          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6719          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6720          * have different sizes, and due to the way page allocator
6721          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6722          * that page allocator won't try to merge buddies from
6723          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6724          * other migration type.
6725          *
6726          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6727          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6728          * we are interested in).  This will put all the pages in
6729          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6730          *
6731          * When this is done, we take the pages in range from page
6732          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6733          * page allocator will never consider using them.
6734          *
6735          * This lets us mark the pageblocks back as
6736          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6737          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6738          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6739          */
6740
6741         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6742                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6743                                        false);
6744         if (ret)
6745                 return ret;
6746
6747         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6748         if (ret)
6749                 goto done;
6750
6751         /*
6752          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6753          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6754          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6755          * What we are going to do is to allocate all pages from
6756          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6757          *
6758          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6759          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6760          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6761          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6762          * once this is done free the pages we are not interested in.
6763          *
6764          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6765          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6766          */
6767
6768         lru_add_drain_all();
6769         drain_all_pages(cc.zone);
6770
6771         order = 0;
6772         outer_start = start;
6773         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6774                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6775                         ret = -EBUSY;
6776                         goto done;
6777                 }
6778                 outer_start &= ~0UL << order;
6779         }
6780
6781         /* Make sure the range is really isolated. */
6782         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6783                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6784                         __func__, outer_start, end);
6785                 ret = -EBUSY;
6786                 goto done;
6787         }
6788
6789         /* Grab isolated pages from freelists. */
6790         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6791         if (!outer_end) {
6792                 ret = -EBUSY;
6793                 goto done;
6794         }
6795
6796         /* Free head and tail (if any) */
6797         if (start != outer_start)
6798                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6799         if (end != outer_end)
6800                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6801
6802 done:
6803         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6804                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6805         return ret;
6806 }
6807
6808 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6809 {
6810         unsigned int count = 0;
6811
6812         for (; nr_pages--; pfn++) {
6813                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6814
6815                 count += page_count(page) != 1;
6816                 __free_page(page);
6817         }
6818         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6819 }
6820 #endif
6821
6822 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6823 /*
6824  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6825  * page high values need to be recalulated.
6826  */
6827 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6828 {
6829         unsigned cpu;
6830         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6831         for_each_possible_cpu(cpu)
6832                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6833                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6834         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6835 }
6836 #endif
6837
6838 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6839 {
6840         unsigned long flags;
6841         int cpu;
6842         struct per_cpu_pageset *pset;
6843
6844         /* avoid races with drain_pages()  */
6845         local_irq_save(flags);
6846         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6847                 for_each_online_cpu(cpu) {
6848                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6849                         drain_zonestat(zone, pset);
6850                 }
6851                 free_percpu(zone->pageset);
6852                 zone->pageset = &boot_pageset;
6853         }
6854         local_irq_restore(flags);
6855 }
6856
6857 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6858 /*
6859  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6860  */
6861 void
6862 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6863 {
6864         struct page *page;
6865         struct zone *zone;
6866         unsigned int order, i;
6867         unsigned long pfn;
6868         unsigned long flags;
6869         /* find the first valid pfn */
6870         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6871                 if (pfn_valid(pfn))
6872                         break;
6873         if (pfn == end_pfn)
6874                 return;
6875         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6876         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6877         pfn = start_pfn;
6878         while (pfn < end_pfn) {
6879                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6880                         pfn++;
6881                         continue;
6882                 }
6883                 page = pfn_to_page(pfn);
6884                 /*
6885                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6886                  * page_count() is not 0.
6887                  */
6888                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6889                         pfn++;
6890                         SetPageReserved(page);
6891                         continue;
6892                 }
6893
6894                 BUG_ON(page_count(page));
6895                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6896                 order = page_order(page);
6897 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6898                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6899                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6900 #endif
6901                 list_del(&page->lru);
6902                 rmv_page_order(page);
6903                 zone->free_area[order].nr_free--;
6904                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6905                         SetPageReserved((page+i));
6906                 pfn += (1 << order);
6907         }
6908         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6909 }
6910 #endif
6911
6912 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6913 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6914 {
6915         struct zone *zone = page_zone(page);
6916         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6917         unsigned long flags;
6918         unsigned int order;
6919
6920         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6921         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6922                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6923
6924                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6925                         break;
6926         }
6927         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6928
6929         return order < MAX_ORDER;
6930 }
6931 #endif