Merge branch 'turbostat' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/lenb/linux
[sfrench/cifs-2.6.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/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/page_ext.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67
68 #include <asm/sections.h>
69 #include <asm/tlbflush.h>
70 #include <asm/div64.h>
71 #include "internal.h"
72
73 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
74 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
75 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
76
77 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
78 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
79 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
80 #endif
81
82 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
83 /*
84  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
85  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
86  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
87  * defined in <linux/topology.h>.
88  */
89 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
90 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
91 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
92 #endif
93
94 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
95 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
96 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
97 #endif
98
99 /*
100  * Array of node states.
101  */
102 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
103         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
104         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
105 #ifndef CONFIG_NUMA
106         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
107 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
108         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
109 #endif
110 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
111         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
112 #endif
113         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
114 #endif  /* NUMA */
115 };
116 EXPORT_SYMBOL(node_states);
117
118 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
119 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
120
121 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
122 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
123 unsigned long totalcma_pages __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 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
233         "Unmovable",
234         "Movable",
235         "Reclaimable",
236         "HighAtomic",
237 #ifdef CONFIG_CMA
238         "CMA",
239 #endif
240 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
241         "Isolate",
242 #endif
243 };
244
245 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
246         NULL,
247         free_compound_page,
248 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
249         free_huge_page,
250 #endif
251 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
252         free_transhuge_page,
253 #endif
254 };
255
256 int min_free_kbytes = 1024;
257 int user_min_free_kbytes = -1;
258 int watermark_scale_factor = 10;
259
260 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
261 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
262 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
263
264 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
265 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
266 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
267 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
268 static unsigned long __initdata required_movablecore;
269 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
270 static bool mirrored_kernelcore;
271
272 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
273 int movable_zone;
274 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
275 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
276
277 #if MAX_NUMNODES > 1
278 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
279 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
280 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
281 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
282 #endif
283
284 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
285
286 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
287 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
288 {
289         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
290 }
291
292 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
293 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
294 {
295         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
296
297         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
298                 return true;
299
300         return false;
301 }
302
303 /*
304  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
305  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
306  */
307 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
308                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
309                                 unsigned long *nr_initialised)
310 {
311         unsigned long max_initialise;
312
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316         /*
317          * Initialise at least 2G of a node but also take into account that
318          * two large system hashes that can take up 1GB for 0.25TB/node.
319          */
320         max_initialise = max(2UL << (30 - PAGE_SHIFT),
321                 (pgdat->node_spanned_pages >> 8));
322
323         (*nr_initialised)++;
324         if ((*nr_initialised > max_initialise) &&
325             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
326                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
327                 return false;
328         }
329
330         return true;
331 }
332 #else
333 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
334 {
335 }
336
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
343                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
344                                 unsigned long *nr_initialised)
345 {
346         return true;
347 }
348 #endif
349
350 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
351 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
352                                                         unsigned long pfn)
353 {
354 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
355         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
356 #else
357         return page_zone(page)->pageblock_flags;
358 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
359 }
360
361 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
362 {
363 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
364         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
365         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
366 #else
367         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
368         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
369 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
370 }
371
372 /**
373  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
374  * @page: The page within the block of interest
375  * @pfn: The target page frame number
376  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
377  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
378  *
379  * Return: pageblock_bits flags
380  */
381 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
382                                         unsigned long pfn,
383                                         unsigned long end_bitidx,
384                                         unsigned long mask)
385 {
386         unsigned long *bitmap;
387         unsigned long bitidx, word_bitidx;
388         unsigned long word;
389
390         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
391         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
392         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
393         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
394
395         word = bitmap[word_bitidx];
396         bitidx += end_bitidx;
397         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
398 }
399
400 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
401                                         unsigned long end_bitidx,
402                                         unsigned long mask)
403 {
404         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
405 }
406
407 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
408 {
409         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
410 }
411
412 /**
413  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
414  * @page: The page within the block of interest
415  * @flags: The flags to set
416  * @pfn: The target page frame number
417  * @end_bitidx: The last bit of interest
418  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
419  */
420 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
421                                         unsigned long pfn,
422                                         unsigned long end_bitidx,
423                                         unsigned long mask)
424 {
425         unsigned long *bitmap;
426         unsigned long bitidx, word_bitidx;
427         unsigned long old_word, word;
428
429         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
430
431         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
432         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
433         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
434         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
435
436         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
437
438         bitidx += end_bitidx;
439         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
440         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
441
442         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
443         for (;;) {
444                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
445                 if (word == old_word)
446                         break;
447                 word = old_word;
448         }
449 }
450
451 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
452 {
453         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
454                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
455                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
456
457         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
458                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
459 }
460
461 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
462 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
463 {
464         int ret = 0;
465         unsigned seq;
466         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
467         unsigned long sp, start_pfn;
468
469         do {
470                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
471                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
472                 sp = zone->spanned_pages;
473                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
474                         ret = 1;
475         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
476
477         if (ret)
478                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
479                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
480                         start_pfn, start_pfn + sp);
481
482         return ret;
483 }
484
485 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
486 {
487         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
488                 return 0;
489         if (zone != page_zone(page))
490                 return 0;
491
492         return 1;
493 }
494 /*
495  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
496  */
497 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
498 {
499         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
500                 return 1;
501         if (!page_is_consistent(zone, page))
502                 return 1;
503
504         return 0;
505 }
506 #else
507 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
508 {
509         return 0;
510 }
511 #endif
512
513 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
514                 unsigned long bad_flags)
515 {
516         static unsigned long resume;
517         static unsigned long nr_shown;
518         static unsigned long nr_unshown;
519
520         /*
521          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
522          * or allow a steady drip of one report per second.
523          */
524         if (nr_shown == 60) {
525                 if (time_before(jiffies, resume)) {
526                         nr_unshown++;
527                         goto out;
528                 }
529                 if (nr_unshown) {
530                         pr_alert(
531                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
532                                 nr_unshown);
533                         nr_unshown = 0;
534                 }
535                 nr_shown = 0;
536         }
537         if (nr_shown++ == 0)
538                 resume = jiffies + 60 * HZ;
539
540         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
541                 current->comm, page_to_pfn(page));
542         __dump_page(page, reason);
543         bad_flags &= page->flags;
544         if (bad_flags)
545                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
546                                                 bad_flags, &bad_flags);
547         dump_page_owner(page);
548
549         print_modules();
550         dump_stack();
551 out:
552         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
553         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
554         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
555 }
556
557 /*
558  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
559  *
560  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
561  *
562  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
563  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
564  *
565  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
566  * page destructors. See compound_page_dtors.
567  *
568  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
569  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
570  */
571
572 void free_compound_page(struct page *page)
573 {
574         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
575 }
576
577 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
578 {
579         int i;
580         int nr_pages = 1 << order;
581
582         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
583         set_compound_order(page, order);
584         __SetPageHead(page);
585         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
586                 struct page *p = page + i;
587                 set_page_count(p, 0);
588                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
589                 set_compound_head(p, page);
590         }
591         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
592 }
593
594 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
595 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
596 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
597                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
598 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
599 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
600
601 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
602 {
603         if (!buf)
604                 return -EINVAL;
605         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
606 }
607 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
608
609 static bool need_debug_guardpage(void)
610 {
611         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
612         if (!debug_pagealloc_enabled())
613                 return false;
614
615         if (!debug_guardpage_minorder())
616                 return false;
617
618         return true;
619 }
620
621 static void init_debug_guardpage(void)
622 {
623         if (!debug_pagealloc_enabled())
624                 return;
625
626         if (!debug_guardpage_minorder())
627                 return;
628
629         _debug_guardpage_enabled = true;
630 }
631
632 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
633         .need = need_debug_guardpage,
634         .init = init_debug_guardpage,
635 };
636
637 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
638 {
639         unsigned long res;
640
641         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
642                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
643                 return 0;
644         }
645         _debug_guardpage_minorder = res;
646         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
647         return 0;
648 }
649 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
650
651 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
652                                 unsigned int order, int migratetype)
653 {
654         struct page_ext *page_ext;
655
656         if (!debug_guardpage_enabled())
657                 return false;
658
659         if (order >= debug_guardpage_minorder())
660                 return false;
661
662         page_ext = lookup_page_ext(page);
663         if (unlikely(!page_ext))
664                 return false;
665
666         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
667
668         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
669         set_page_private(page, order);
670         /* Guard pages are not available for any usage */
671         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
672
673         return true;
674 }
675
676 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
677                                 unsigned int order, int migratetype)
678 {
679         struct page_ext *page_ext;
680
681         if (!debug_guardpage_enabled())
682                 return;
683
684         page_ext = lookup_page_ext(page);
685         if (unlikely(!page_ext))
686                 return;
687
688         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
689
690         set_page_private(page, 0);
691         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
692                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
693 }
694 #else
695 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
696 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
697                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
698 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
699                                 unsigned int order, int migratetype) {}
700 #endif
701
702 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
703 {
704         set_page_private(page, order);
705         __SetPageBuddy(page);
706 }
707
708 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
709 {
710         __ClearPageBuddy(page);
711         set_page_private(page, 0);
712 }
713
714 /*
715  * This function checks whether a page is free && is the buddy
716  * we can do coalesce a page and its buddy if
717  * (a) the buddy is not in a hole &&
718  * (b) the buddy is in the buddy system &&
719  * (c) a page and its buddy have the same order &&
720  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
721  *
722  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
723  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
724  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
725  * serialized by zone->lock.
726  *
727  * For recording page's order, we use page_private(page).
728  */
729 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
730                                                         unsigned int order)
731 {
732         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
733                 return 0;
734
735         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
736                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
737                         return 0;
738
739                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
740
741                 return 1;
742         }
743
744         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
745                 /*
746                  * zone check is done late to avoid uselessly
747                  * calculating zone/node ids for pages that could
748                  * never merge.
749                  */
750                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
751                         return 0;
752
753                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
754
755                 return 1;
756         }
757         return 0;
758 }
759
760 /*
761  * Freeing function for a buddy system allocator.
762  *
763  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
764  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
765  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
766  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
767  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
768  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
769  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
770  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
771  * parts of the VM system.
772  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
773  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
774  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
775  * field.
776  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
777  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
778  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
779  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
780  * triggers coalescing into a block of larger size.
781  *
782  * -- nyc
783  */
784
785 static inline void __free_one_page(struct page *page,
786                 unsigned long pfn,
787                 struct zone *zone, unsigned int order,
788                 int migratetype)
789 {
790         unsigned long page_idx;
791         unsigned long combined_idx;
792         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
793         struct page *buddy;
794         unsigned int max_order;
795
796         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
797
798         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
799         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
800
801         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
802         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
803                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
804
805         page_idx = pfn & ((1 << MAX_ORDER) - 1);
806
807         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
808         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
809
810 continue_merging:
811         while (order < max_order - 1) {
812                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
813                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
814                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
815                         goto done_merging;
816                 /*
817                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
818                  * merge with it and move up one order.
819                  */
820                 if (page_is_guard(buddy)) {
821                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
822                 } else {
823                         list_del(&buddy->lru);
824                         zone->free_area[order].nr_free--;
825                         rmv_page_order(buddy);
826                 }
827                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
828                 page = page + (combined_idx - page_idx);
829                 page_idx = combined_idx;
830                 order++;
831         }
832         if (max_order < MAX_ORDER) {
833                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
834                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
835                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
836                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
837                  *
838                  * We don't want to hit this code for the more frequent
839                  * low-order merging.
840                  */
841                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
842                         int buddy_mt;
843
844                         buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
845                         buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
846                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
847
848                         if (migratetype != buddy_mt
849                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
850                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
851                                 goto done_merging;
852                 }
853                 max_order++;
854                 goto continue_merging;
855         }
856
857 done_merging:
858         set_page_order(page, order);
859
860         /*
861          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
862          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
863          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
864          * that is happening, add the free page to the tail of the list
865          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
866          * as a higher order page
867          */
868         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
869                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
870                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
871                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
872                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
873                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
874                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
875                         list_add_tail(&page->lru,
876                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
877                         goto out;
878                 }
879         }
880
881         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
882 out:
883         zone->free_area[order].nr_free++;
884 }
885
886 /*
887  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
888  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
889  * check if necessary.
890  */
891 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
892                                         unsigned long check_flags)
893 {
894         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
895                 return false;
896
897         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
898                         page_ref_count(page) |
899 #ifdef CONFIG_MEMCG
900                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
901 #endif
902                         (page->flags & check_flags)))
903                 return false;
904
905         return true;
906 }
907
908 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
909 {
910         const char *bad_reason;
911         unsigned long bad_flags;
912
913         bad_reason = NULL;
914         bad_flags = 0;
915
916         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
917                 bad_reason = "nonzero mapcount";
918         if (unlikely(page->mapping != NULL))
919                 bad_reason = "non-NULL mapping";
920         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
921                 bad_reason = "nonzero _refcount";
922         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
923                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
924                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
925         }
926 #ifdef CONFIG_MEMCG
927         if (unlikely(page->mem_cgroup))
928                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
929 #endif
930         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
931 }
932
933 static inline int free_pages_check(struct page *page)
934 {
935         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
936                 return 0;
937
938         /* Something has gone sideways, find it */
939         free_pages_check_bad(page);
940         return 1;
941 }
942
943 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
944 {
945         int ret = 1;
946
947         /*
948          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
949          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
950          */
951         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
952
953         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
954                 ret = 0;
955                 goto out;
956         }
957         switch (page - head_page) {
958         case 1:
959                 /* the first tail page: ->mapping is compound_mapcount() */
960                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
961                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
962                         goto out;
963                 }
964                 break;
965         case 2:
966                 /*
967                  * the second tail page: ->mapping is
968                  * page_deferred_list().next -- ignore value.
969                  */
970                 break;
971         default:
972                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
973                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
974                         goto out;
975                 }
976                 break;
977         }
978         if (unlikely(!PageTail(page))) {
979                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
980                 goto out;
981         }
982         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
983                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
984                 goto out;
985         }
986         ret = 0;
987 out:
988         page->mapping = NULL;
989         clear_compound_head(page);
990         return ret;
991 }
992
993 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
994                                         unsigned int order, bool check_free)
995 {
996         int bad = 0;
997
998         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
999
1000         trace_mm_page_free(page, order);
1001         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1002
1003         /*
1004          * Check tail pages before head page information is cleared to
1005          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1006          */
1007         if (unlikely(order)) {
1008                 bool compound = PageCompound(page);
1009                 int i;
1010
1011                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1012
1013                 if (compound)
1014                         ClearPageDoubleMap(page);
1015                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1016                         if (compound)
1017                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1018                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1019                                 bad++;
1020                                 continue;
1021                         }
1022                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1023                 }
1024         }
1025         if (PageMappingFlags(page))
1026                 page->mapping = NULL;
1027         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1028                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1029         if (check_free)
1030                 bad += free_pages_check(page);
1031         if (bad)
1032                 return false;
1033
1034         page_cpupid_reset_last(page);
1035         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1036         reset_page_owner(page, order);
1037
1038         if (!PageHighMem(page)) {
1039                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1040                                            PAGE_SIZE << order);
1041                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1042                                            PAGE_SIZE << order);
1043         }
1044         arch_free_page(page, order);
1045         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1046         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1047         kasan_free_pages(page, order);
1048
1049         return true;
1050 }
1051
1052 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1053 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1054 {
1055         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1056 }
1057
1058 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1059 {
1060         return false;
1061 }
1062 #else
1063 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1064 {
1065         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1066 }
1067
1068 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1069 {
1070         return free_pages_check(page);
1071 }
1072 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1073
1074 /*
1075  * Frees a number of pages from the PCP lists
1076  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1077  * count is the number of pages to free.
1078  *
1079  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1080  * see if this freeing clears that state.
1081  *
1082  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1083  * pinned" detection logic.
1084  */
1085 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1086                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1087 {
1088         int migratetype = 0;
1089         int batch_free = 0;
1090         unsigned long nr_scanned;
1091         bool isolated_pageblocks;
1092
1093         spin_lock(&zone->lock);
1094         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1095         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1096         if (nr_scanned)
1097                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1098
1099         while (count) {
1100                 struct page *page;
1101                 struct list_head *list;
1102
1103                 /*
1104                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1105                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1106                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1107                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1108                  * lists
1109                  */
1110                 do {
1111                         batch_free++;
1112                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1113                                 migratetype = 0;
1114                         list = &pcp->lists[migratetype];
1115                 } while (list_empty(list));
1116
1117                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1118                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1119                         batch_free = count;
1120
1121                 do {
1122                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
1123
1124                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1125                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
1126                         list_del(&page->lru);
1127
1128                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1129                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1130                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1131                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1132                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1133                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1134
1135                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1136                                 continue;
1137
1138                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1139                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1140                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1141         }
1142         spin_unlock(&zone->lock);
1143 }
1144
1145 static void free_one_page(struct zone *zone,
1146                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1147                                 unsigned int order,
1148                                 int migratetype)
1149 {
1150         unsigned long nr_scanned;
1151         spin_lock(&zone->lock);
1152         nr_scanned = node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED);
1153         if (nr_scanned)
1154                 __mod_node_page_state(zone->zone_pgdat, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
1155
1156         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1157                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1158                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1159         }
1160         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1161         spin_unlock(&zone->lock);
1162 }
1163
1164 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1165                                 unsigned long zone, int nid)
1166 {
1167         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1168         init_page_count(page);
1169         page_mapcount_reset(page);
1170         page_cpupid_reset_last(page);
1171
1172         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1173 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1174         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1175         if (!is_highmem_idx(zone))
1176                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1177 #endif
1178 }
1179
1180 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
1181                                         int nid)
1182 {
1183         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
1184 }
1185
1186 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1187 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1188 {
1189         pg_data_t *pgdat;
1190         int nid, zid;
1191
1192         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1193                 return;
1194
1195         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1196         pgdat = NODE_DATA(nid);
1197
1198         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1199                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1200
1201                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1202                         break;
1203         }
1204         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
1205 }
1206 #else
1207 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1208 {
1209 }
1210 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1211
1212 /*
1213  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1214  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1215  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1216  * sent to the buddy page allocator.
1217  */
1218 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1219 {
1220         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1221         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1222
1223         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1224                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1225                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1226
1227                         init_reserved_page(start_pfn);
1228
1229                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1230                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1231
1232                         SetPageReserved(page);
1233                 }
1234         }
1235 }
1236
1237 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1238 {
1239         unsigned long flags;
1240         int migratetype;
1241         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1242
1243         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1244                 return;
1245
1246         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1247         local_irq_save(flags);
1248         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1249         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1250         local_irq_restore(flags);
1251 }
1252
1253 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1254 {
1255         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1256         struct page *p = page;
1257         unsigned int loop;
1258
1259         prefetchw(p);
1260         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1261                 prefetchw(p + 1);
1262                 __ClearPageReserved(p);
1263                 set_page_count(p, 0);
1264         }
1265         __ClearPageReserved(p);
1266         set_page_count(p, 0);
1267
1268         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1269         set_page_refcounted(page);
1270         __free_pages(page, order);
1271 }
1272
1273 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1274         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1275
1276 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1277
1278 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1279 {
1280         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1281         int nid;
1282
1283         spin_lock(&early_pfn_lock);
1284         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1285         if (nid < 0)
1286                 nid = first_online_node;
1287         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1288
1289         return nid;
1290 }
1291 #endif
1292
1293 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1294 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1295                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1296 {
1297         int nid;
1298
1299         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1300         if (nid >= 0 && nid != node)
1301                 return false;
1302         return true;
1303 }
1304
1305 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1306 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1307 {
1308         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1309 }
1310
1311 #else
1312
1313 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1314 {
1315         return true;
1316 }
1317 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1318                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1319 {
1320         return true;
1321 }
1322 #endif
1323
1324
1325 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1326                                                         unsigned int order)
1327 {
1328         if (early_page_uninitialised(pfn))
1329                 return;
1330         return __free_pages_boot_core(page, order);
1331 }
1332
1333 /*
1334  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1335  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1336  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1337  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1338  * pageblocks.
1339  *
1340  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1341  *
1342  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1343  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1344  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1345  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1346  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1347  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1348  * page in a pageblock.
1349  */
1350 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1351                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1352 {
1353         struct page *start_page;
1354         struct page *end_page;
1355
1356         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1357         end_pfn--;
1358
1359         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1360                 return NULL;
1361
1362         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1363
1364         if (page_zone(start_page) != zone)
1365                 return NULL;
1366
1367         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1368
1369         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1370         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1371                 return NULL;
1372
1373         return start_page;
1374 }
1375
1376 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1377 {
1378         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1379         unsigned long block_end_pfn;
1380
1381         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1382         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1383                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1384                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1385
1386                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1387
1388                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1389                                              block_end_pfn, zone))
1390                         return;
1391         }
1392
1393         /* We confirm that there is no hole */
1394         zone->contiguous = true;
1395 }
1396
1397 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1398 {
1399         zone->contiguous = false;
1400 }
1401
1402 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1403 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1404                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1405 {
1406         int i;
1407
1408         if (!page)
1409                 return;
1410
1411         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1412         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1413             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1414                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1415                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1416                 return;
1417         }
1418
1419         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1420                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1421                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1422                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1423         }
1424 }
1425
1426 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1427 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1428 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1429
1430 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1431 {
1432         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1433                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1434 }
1435
1436 /* Initialise remaining memory on a node */
1437 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1438 {
1439         pg_data_t *pgdat = data;
1440         int nid = pgdat->node_id;
1441         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1442         unsigned long start = jiffies;
1443         unsigned long nr_pages = 0;
1444         unsigned long walk_start, walk_end;
1445         int i, zid;
1446         struct zone *zone;
1447         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1448         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1449
1450         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1451                 pgdat_init_report_one_done();
1452                 return 0;
1453         }
1454
1455         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1456         if (!cpumask_empty(cpumask))
1457                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1458
1459         /* Sanity check boundaries */
1460         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1461         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1462         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1463
1464         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1465         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1466                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1467                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1468                         break;
1469         }
1470
1471         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1472                 unsigned long pfn, end_pfn;
1473                 struct page *page = NULL;
1474                 struct page *free_base_page = NULL;
1475                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1476                 int nr_to_free = 0;
1477
1478                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1479                 pfn = first_init_pfn;
1480                 if (pfn < walk_start)
1481                         pfn = walk_start;
1482                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1483                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1484
1485                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1486                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1487                                 goto free_range;
1488
1489                         /*
1490                          * Ensure pfn_valid is checked every
1491                          * pageblock_nr_pages for memory holes
1492                          */
1493                         if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1494                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1495                                         page = NULL;
1496                                         goto free_range;
1497                                 }
1498                         }
1499
1500                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1501                                 page = NULL;
1502                                 goto free_range;
1503                         }
1504
1505                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1506                         if (page && (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) != 0) {
1507                                 page++;
1508                         } else {
1509                                 nr_pages += nr_to_free;
1510                                 deferred_free_range(free_base_page,
1511                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1512                                 free_base_page = NULL;
1513                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1514
1515                                 page = pfn_to_page(pfn);
1516                                 cond_resched();
1517                         }
1518
1519                         if (page->flags) {
1520                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1521                                 goto free_range;
1522                         }
1523
1524                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1525                         if (!free_base_page) {
1526                                 free_base_page = page;
1527                                 free_base_pfn = pfn;
1528                                 nr_to_free = 0;
1529                         }
1530                         nr_to_free++;
1531
1532                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1533                         continue;
1534 free_range:
1535                         /* Free the current block of pages to allocator */
1536                         nr_pages += nr_to_free;
1537                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1538                                                                 nr_to_free);
1539                         free_base_page = NULL;
1540                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1541                 }
1542                 /* Free the last block of pages to allocator */
1543                 nr_pages += nr_to_free;
1544                 deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn, nr_to_free);
1545
1546                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1547         }
1548
1549         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1550         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1551
1552         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1553                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1554
1555         pgdat_init_report_one_done();
1556         return 0;
1557 }
1558 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1559
1560 void __init page_alloc_init_late(void)
1561 {
1562         struct zone *zone;
1563
1564 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1565         int nid;
1566
1567         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1568         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1569         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1570                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1571         }
1572
1573         /* Block until all are initialised */
1574         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1575
1576         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1577         files_maxfiles_init();
1578 #endif
1579
1580         for_each_populated_zone(zone)
1581                 set_zone_contiguous(zone);
1582 }
1583
1584 #ifdef CONFIG_CMA
1585 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1586 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1587 {
1588         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1589         struct page *p = page;
1590
1591         do {
1592                 __ClearPageReserved(p);
1593                 set_page_count(p, 0);
1594         } while (++p, --i);
1595
1596         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1597
1598         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1599                 i = pageblock_nr_pages;
1600                 p = page;
1601                 do {
1602                         set_page_refcounted(p);
1603                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1604                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1605                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1606         } else {
1607                 set_page_refcounted(page);
1608                 __free_pages(page, pageblock_order);
1609         }
1610
1611         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1612 }
1613 #endif
1614
1615 /*
1616  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1617  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1618  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1619  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1620  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1621  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1622  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1623  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1624  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1625  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1626  *
1627  * -- nyc
1628  */
1629 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1630         int low, int high, struct free_area *area,
1631         int migratetype)
1632 {
1633         unsigned long size = 1 << high;
1634
1635         while (high > low) {
1636                 area--;
1637                 high--;
1638                 size >>= 1;
1639                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1640
1641                 /*
1642                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1643                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1644                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1645                  * pages will stay not present in virtual address space
1646                  */
1647                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1648                         continue;
1649
1650                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1651                 area->nr_free++;
1652                 set_page_order(&page[size], high);
1653         }
1654 }
1655
1656 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1657 {
1658         const char *bad_reason = NULL;
1659         unsigned long bad_flags = 0;
1660
1661         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1662                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1663         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1664                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1665         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1666                 bad_reason = "nonzero _count";
1667         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1668                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1669                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1670                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1671                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1672                 return;
1673         }
1674         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1675                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1676                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1677         }
1678 #ifdef CONFIG_MEMCG
1679         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1680                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1681 #endif
1682         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1683 }
1684
1685 /*
1686  * This page is about to be returned from the page allocator
1687  */
1688 static inline int check_new_page(struct page *page)
1689 {
1690         if (likely(page_expected_state(page,
1691                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1692                 return 0;
1693
1694         check_new_page_bad(page);
1695         return 1;
1696 }
1697
1698 static inline bool free_pages_prezeroed(bool poisoned)
1699 {
1700         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1701                 page_poisoning_enabled() && poisoned;
1702 }
1703
1704 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1705 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1706 {
1707         return false;
1708 }
1709
1710 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1711 {
1712         return check_new_page(page);
1713 }
1714 #else
1715 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1716 {
1717         return check_new_page(page);
1718 }
1719 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1720 {
1721         return false;
1722 }
1723 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1724
1725 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1726 {
1727         int i;
1728         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1729                 struct page *p = page + i;
1730
1731                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1732                         return true;
1733         }
1734
1735         return false;
1736 }
1737
1738 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1739                                 gfp_t gfp_flags)
1740 {
1741         set_page_private(page, 0);
1742         set_page_refcounted(page);
1743
1744         arch_alloc_page(page, order);
1745         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1746         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1747         kasan_alloc_pages(page, order);
1748         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1749 }
1750
1751 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1752                                                         unsigned int alloc_flags)
1753 {
1754         int i;
1755         bool poisoned = true;
1756
1757         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1758                 struct page *p = page + i;
1759                 if (poisoned)
1760                         poisoned &= page_is_poisoned(p);
1761         }
1762
1763         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1764
1765         if (!free_pages_prezeroed(poisoned) && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1766                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1767                         clear_highpage(page + i);
1768
1769         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1770                 prep_compound_page(page, order);
1771
1772         /*
1773          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1774          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1775          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1776          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1777          */
1778         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1779                 set_page_pfmemalloc(page);
1780         else
1781                 clear_page_pfmemalloc(page);
1782 }
1783
1784 /*
1785  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1786  * the smallest available page from the freelists
1787  */
1788 static inline
1789 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1790                                                 int migratetype)
1791 {
1792         unsigned int current_order;
1793         struct free_area *area;
1794         struct page *page;
1795
1796         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1797         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1798                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1799                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1800                                                         struct page, lru);
1801                 if (!page)
1802                         continue;
1803                 list_del(&page->lru);
1804                 rmv_page_order(page);
1805                 area->nr_free--;
1806                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1807                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1808                 return page;
1809         }
1810
1811         return NULL;
1812 }
1813
1814
1815 /*
1816  * This array describes the order lists are fallen back to when
1817  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1818  */
1819 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1820         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1821         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1822         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1823 #ifdef CONFIG_CMA
1824         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1825 #endif
1826 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1827         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1828 #endif
1829 };
1830
1831 #ifdef CONFIG_CMA
1832 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1833                                         unsigned int order)
1834 {
1835         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1836 }
1837 #else
1838 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1839                                         unsigned int order) { return NULL; }
1840 #endif
1841
1842 /*
1843  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1844  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1845  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1846  */
1847 int move_freepages(struct zone *zone,
1848                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1849                           int migratetype)
1850 {
1851         struct page *page;
1852         unsigned int order;
1853         int pages_moved = 0;
1854
1855 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1856         /*
1857          * page_zone is not safe to call in this context when
1858          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1859          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1860          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1861          * grouping pages by mobility
1862          */
1863         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1864 #endif
1865
1866         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1867                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1868                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1869
1870                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1871                         page++;
1872                         continue;
1873                 }
1874
1875                 if (!PageBuddy(page)) {
1876                         page++;
1877                         continue;
1878                 }
1879
1880                 order = page_order(page);
1881                 list_move(&page->lru,
1882                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1883                 page += 1 << order;
1884                 pages_moved += 1 << order;
1885         }
1886
1887         return pages_moved;
1888 }
1889
1890 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1891                                 int migratetype)
1892 {
1893         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1894         struct page *start_page, *end_page;
1895
1896         start_pfn = page_to_pfn(page);
1897         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1898         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1899         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1900         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1901
1902         /* Do not cross zone boundaries */
1903         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1904                 start_page = page;
1905         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1906                 return 0;
1907
1908         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1909 }
1910
1911 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1912                                         int start_order, int migratetype)
1913 {
1914         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1915
1916         while (nr_pageblocks--) {
1917                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1918                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1919         }
1920 }
1921
1922 /*
1923  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1924  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1925  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1926  *
1927  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1928  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1929  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1930  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1931  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1932  * pageblocks.
1933  */
1934 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1935 {
1936         /*
1937          * Leaving this order check is intended, although there is
1938          * relaxed order check in next check. The reason is that
1939          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1940          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1941          * so could be changed anytime.
1942          */
1943         if (order >= pageblock_order)
1944                 return true;
1945
1946         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1947                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1948                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1949                 page_group_by_mobility_disabled)
1950                 return true;
1951
1952         return false;
1953 }
1954
1955 /*
1956  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1957  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1958  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1959  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1960  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1961  */
1962 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1963                                                           int start_type)
1964 {
1965         unsigned int current_order = page_order(page);
1966         int pages;
1967
1968         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1969         if (current_order >= pageblock_order) {
1970                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1971                 return;
1972         }
1973
1974         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1975
1976         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1977         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1978                         page_group_by_mobility_disabled)
1979                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1980 }
1981
1982 /*
1983  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1984  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1985  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1986  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1987  */
1988 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1989                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1990 {
1991         int i;
1992         int fallback_mt;
1993
1994         if (area->nr_free == 0)
1995                 return -1;
1996
1997         *can_steal = false;
1998         for (i = 0;; i++) {
1999                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2000                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2001                         break;
2002
2003                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2004                         continue;
2005
2006                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2007                         *can_steal = true;
2008
2009                 if (!only_stealable)
2010                         return fallback_mt;
2011
2012                 if (*can_steal)
2013                         return fallback_mt;
2014         }
2015
2016         return -1;
2017 }
2018
2019 /*
2020  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2021  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2022  */
2023 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2024                                 unsigned int alloc_order)
2025 {
2026         int mt;
2027         unsigned long max_managed, flags;
2028
2029         /*
2030          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2031          * Check is race-prone but harmless.
2032          */
2033         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2034         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2035                 return;
2036
2037         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2038
2039         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2040         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2041                 goto out_unlock;
2042
2043         /* Yoink! */
2044         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2045         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
2046                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
2047                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2048                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2049                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2050         }
2051
2052 out_unlock:
2053         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2054 }
2055
2056 /*
2057  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2058  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2059  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2060  * to recover from than an OOM.
2061  *
2062  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2063  * pageblock is exhausted.
2064  */
2065 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2066                                                 bool force)
2067 {
2068         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2069         unsigned long flags;
2070         struct zoneref *z;
2071         struct zone *zone;
2072         struct page *page;
2073         int order;
2074         bool ret;
2075
2076         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2077                                                                 ac->nodemask) {
2078                 /*
2079                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2080                  * is really high.
2081                  */
2082                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2083                                         pageblock_nr_pages)
2084                         continue;
2085
2086                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2087                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2088                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2089
2090                         page = list_first_entry_or_null(
2091                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2092                                         struct page, lru);
2093                         if (!page)
2094                                 continue;
2095
2096                         /*
2097                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2098                          * we can counter several free pages in a pageblock
2099                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2100                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2101                          * adjust the count once.
2102                          */
2103                         if (get_pageblock_migratetype(page) ==
2104                                                         MIGRATE_HIGHATOMIC) {
2105                                 /*
2106                                  * It should never happen but changes to
2107                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2108                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2109                                  * while unreserving so be safe and watch for
2110                                  * underflows.
2111                                  */
2112                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2113                                                 pageblock_nr_pages,
2114                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2115                         }
2116
2117                         /*
2118                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2119                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2120                          * is doing the work and needs the pages. More
2121                          * importantly, if the block was always converted to
2122                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2123                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2124                          * may increase.
2125                          */
2126                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2127                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
2128                         if (ret) {
2129                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2130                                 return ret;
2131                         }
2132                 }
2133                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2134         }
2135
2136         return false;
2137 }
2138
2139 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
2140 static inline struct page *
2141 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
2142 {
2143         struct free_area *area;
2144         unsigned int current_order;
2145         struct page *page;
2146         int fallback_mt;
2147         bool can_steal;
2148
2149         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
2150         for (current_order = MAX_ORDER-1;
2151                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
2152                                 --current_order) {
2153                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2154                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2155                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2156                 if (fallback_mt == -1)
2157                         continue;
2158
2159                 page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2160                                                 struct page, lru);
2161                 if (can_steal &&
2162                         get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2163                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
2164
2165                 /* Remove the page from the freelists */
2166                 area->nr_free--;
2167                 list_del(&page->lru);
2168                 rmv_page_order(page);
2169
2170                 expand(zone, page, order, current_order, area,
2171                                         start_migratetype);
2172                 /*
2173                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
2174                  * migratetype depending on the decisions in
2175                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
2176                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
2177                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
2178                  */
2179                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
2180
2181                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2182                         start_migratetype, fallback_mt);
2183
2184                 return page;
2185         }
2186
2187         return NULL;
2188 }
2189
2190 /*
2191  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2192  * Call me with the zone->lock already held.
2193  */
2194 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
2195                                 int migratetype)
2196 {
2197         struct page *page;
2198
2199         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2200         if (unlikely(!page)) {
2201                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2202                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2203
2204                 if (!page)
2205                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
2206         }
2207
2208         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2209         return page;
2210 }
2211
2212 /*
2213  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2214  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2215  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2216  */
2217 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2218                         unsigned long count, struct list_head *list,
2219                         int migratetype, bool cold)
2220 {
2221         int i, alloced = 0;
2222
2223         spin_lock(&zone->lock);
2224         for (i = 0; i < count; ++i) {
2225                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2226                 if (unlikely(page == NULL))
2227                         break;
2228
2229                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2230                         continue;
2231
2232                 /*
2233                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
2234                  * in physical page order. The page is added to the callers and
2235                  * list and the list head then moves forward. From the callers
2236                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
2237                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
2238                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
2239                  * properly.
2240                  */
2241                 if (likely(!cold))
2242                         list_add(&page->lru, list);
2243                 else
2244                         list_add_tail(&page->lru, list);
2245                 list = &page->lru;
2246                 alloced++;
2247                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2248                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2249                                               -(1 << order));
2250         }
2251
2252         /*
2253          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2254          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2255          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2256          * pages added to the pcp list.
2257          */
2258         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2259         spin_unlock(&zone->lock);
2260         return alloced;
2261 }
2262
2263 #ifdef CONFIG_NUMA
2264 /*
2265  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2266  * currently executing processor on remote nodes after they have
2267  * expired.
2268  *
2269  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2270  * a single processor.
2271  */
2272 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2273 {
2274         unsigned long flags;
2275         int to_drain, batch;
2276
2277         local_irq_save(flags);
2278         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2279         to_drain = min(pcp->count, batch);
2280         if (to_drain > 0) {
2281                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2282                 pcp->count -= to_drain;
2283         }
2284         local_irq_restore(flags);
2285 }
2286 #endif
2287
2288 /*
2289  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2290  *
2291  * The processor must either be the current processor and the
2292  * thread pinned to the current processor or a processor that
2293  * is not online.
2294  */
2295 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2296 {
2297         unsigned long flags;
2298         struct per_cpu_pageset *pset;
2299         struct per_cpu_pages *pcp;
2300
2301         local_irq_save(flags);
2302         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2303
2304         pcp = &pset->pcp;
2305         if (pcp->count) {
2306                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2307                 pcp->count = 0;
2308         }
2309         local_irq_restore(flags);
2310 }
2311
2312 /*
2313  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2314  *
2315  * The processor must either be the current processor and the
2316  * thread pinned to the current processor or a processor that
2317  * is not online.
2318  */
2319 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2320 {
2321         struct zone *zone;
2322
2323         for_each_populated_zone(zone) {
2324                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2325         }
2326 }
2327
2328 /*
2329  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2330  *
2331  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2332  * the single zone's pages.
2333  */
2334 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2335 {
2336         int cpu = smp_processor_id();
2337
2338         if (zone)
2339                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2340         else
2341                 drain_pages(cpu);
2342 }
2343
2344 /*
2345  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2346  *
2347  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2348  *
2349  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
2350  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
2351  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
2352  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
2353  * before the call to on_each_cpu_mask().
2354  */
2355 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2356 {
2357         int cpu;
2358
2359         /*
2360          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2361          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2362          */
2363         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2364
2365         /*
2366          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2367          * as offline notification will cause the notified
2368          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2369          * disables preemption as part of its processing
2370          */
2371         for_each_online_cpu(cpu) {
2372                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2373                 struct zone *z;
2374                 bool has_pcps = false;
2375
2376                 if (zone) {
2377                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2378                         if (pcp->pcp.count)
2379                                 has_pcps = true;
2380                 } else {
2381                         for_each_populated_zone(z) {
2382                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2383                                 if (pcp->pcp.count) {
2384                                         has_pcps = true;
2385                                         break;
2386                                 }
2387                         }
2388                 }
2389
2390                 if (has_pcps)
2391                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2392                 else
2393                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2394         }
2395         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2396                                                                 zone, 1);
2397 }
2398
2399 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2400
2401 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2402 {
2403         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2404         unsigned long flags;
2405         unsigned int order, t;
2406         struct page *page;
2407
2408         if (zone_is_empty(zone))
2409                 return;
2410
2411         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2412
2413         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2414         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2415                 if (pfn_valid(pfn)) {
2416                         page = pfn_to_page(pfn);
2417
2418                         if (page_zone(page) != zone)
2419                                 continue;
2420
2421                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2422                                 swsusp_unset_page_free(page);
2423                 }
2424
2425         for_each_migratetype_order(order, t) {
2426                 list_for_each_entry(page,
2427                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2428                         unsigned long i;
2429
2430                         pfn = page_to_pfn(page);
2431                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2432                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2433                 }
2434         }
2435         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2436 }
2437 #endif /* CONFIG_PM */
2438
2439 /*
2440  * Free a 0-order page
2441  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2442  */
2443 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2444 {
2445         struct zone *zone = page_zone(page);
2446         struct per_cpu_pages *pcp;
2447         unsigned long flags;
2448         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2449         int migratetype;
2450
2451         if (!free_pcp_prepare(page))
2452                 return;
2453
2454         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2455         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2456         local_irq_save(flags);
2457         __count_vm_event(PGFREE);
2458
2459         /*
2460          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2461          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2462          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2463          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2464          * excessively into the page allocator
2465          */
2466         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2467                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2468                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2469                         goto out;
2470                 }
2471                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2472         }
2473
2474         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2475         if (!cold)
2476                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2477         else
2478                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2479         pcp->count++;
2480         if (pcp->count >= pcp->high) {
2481                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2482                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2483                 pcp->count -= batch;
2484         }
2485
2486 out:
2487         local_irq_restore(flags);
2488 }
2489
2490 /*
2491  * Free a list of 0-order pages
2492  */
2493 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2494 {
2495         struct page *page, *next;
2496
2497         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2498                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2499                 free_hot_cold_page(page, cold);
2500         }
2501 }
2502
2503 /*
2504  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2505  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2506  * Each sub-page must be freed individually.
2507  *
2508  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2509  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2510  */
2511 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2512 {
2513         int i;
2514
2515         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2516         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2517
2518 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2519         /*
2520          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2521          * otherwise free the whole shadow.
2522          */
2523         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2524                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2525 #endif
2526
2527         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2528                 set_page_refcounted(page + i);
2529         split_page_owner(page, order);
2530 }
2531 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2532
2533 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2534 {
2535         unsigned long watermark;
2536         struct zone *zone;
2537         int mt;
2538
2539         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2540
2541         zone = page_zone(page);
2542         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2543
2544         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2545                 /*
2546                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2547                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2548                  * watermark, because we already know our high-order page
2549                  * exists.
2550                  */
2551                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2552                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2553                         return 0;
2554
2555                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2556         }
2557
2558         /* Remove page from free list */
2559         list_del(&page->lru);
2560         zone->free_area[order].nr_free--;
2561         rmv_page_order(page);
2562
2563         /*
2564          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2565          * pageblock
2566          */
2567         if (order >= pageblock_order - 1) {
2568                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2569                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2570                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2571                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2572                                 && mt != MIGRATE_HIGHATOMIC)
2573                                 set_pageblock_migratetype(page,
2574                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2575                 }
2576         }
2577
2578
2579         return 1UL << order;
2580 }
2581
2582 /*
2583  * Update NUMA hit/miss statistics
2584  *
2585  * Must be called with interrupts disabled.
2586  *
2587  * When __GFP_OTHER_NODE is set assume the node of the preferred
2588  * zone is the local node. This is useful for daemons who allocate
2589  * memory on behalf of other processes.
2590  */
2591 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2592                                                                 gfp_t flags)
2593 {
2594 #ifdef CONFIG_NUMA
2595         int local_nid = numa_node_id();
2596         enum zone_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2597
2598         if (unlikely(flags & __GFP_OTHER_NODE)) {
2599                 local_stat = NUMA_OTHER;
2600                 local_nid = preferred_zone->node;
2601         }
2602
2603         if (z->node == local_nid) {
2604                 __inc_zone_state(z, NUMA_HIT);
2605                 __inc_zone_state(z, local_stat);
2606         } else {
2607                 __inc_zone_state(z, NUMA_MISS);
2608                 __inc_zone_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2609         }
2610 #endif
2611 }
2612
2613 /*
2614  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2615  */
2616 static inline
2617 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2618                         struct zone *zone, unsigned int order,
2619                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2620                         int migratetype)
2621 {
2622         unsigned long flags;
2623         struct page *page;
2624         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2625
2626         if (likely(order == 0)) {
2627                 struct per_cpu_pages *pcp;
2628                 struct list_head *list;
2629
2630                 local_irq_save(flags);
2631                 do {
2632                         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2633                         list = &pcp->lists[migratetype];
2634                         if (list_empty(list)) {
2635                                 pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2636                                                 pcp->batch, list,
2637                                                 migratetype, cold);
2638                                 if (unlikely(list_empty(list)))
2639                                         goto failed;
2640                         }
2641
2642                         if (cold)
2643                                 page = list_last_entry(list, struct page, lru);
2644                         else
2645                                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2646
2647                         list_del(&page->lru);
2648                         pcp->count--;
2649
2650                 } while (check_new_pcp(page));
2651         } else {
2652                 /*
2653                  * We most definitely don't want callers attempting to
2654                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2655                  */
2656                 WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2657                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2658
2659                 do {
2660                         page = NULL;
2661                         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2662                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2663                                 if (page)
2664                                         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2665                         }
2666                         if (!page)
2667                                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2668                 } while (page && check_new_pages(page, order));
2669                 spin_unlock(&zone->lock);
2670                 if (!page)
2671                         goto failed;
2672                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2673                                           get_pcppage_migratetype(page));
2674         }
2675
2676         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2677         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2678         local_irq_restore(flags);
2679
2680         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2681         return page;
2682
2683 failed:
2684         local_irq_restore(flags);
2685         return NULL;
2686 }
2687
2688 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2689
2690 static struct {
2691         struct fault_attr attr;
2692
2693         bool ignore_gfp_highmem;
2694         bool ignore_gfp_reclaim;
2695         u32 min_order;
2696 } fail_page_alloc = {
2697         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2698         .ignore_gfp_reclaim = true,
2699         .ignore_gfp_highmem = true,
2700         .min_order = 1,
2701 };
2702
2703 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2704 {
2705         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2706 }
2707 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2708
2709 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2710 {
2711         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2712                 return false;
2713         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2714                 return false;
2715         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2716                 return false;
2717         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2718                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2719                 return false;
2720
2721         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2722 }
2723
2724 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2725
2726 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2727 {
2728         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2729         struct dentry *dir;
2730
2731         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2732                                         &fail_page_alloc.attr);
2733         if (IS_ERR(dir))
2734                 return PTR_ERR(dir);
2735
2736         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2737                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2738                 goto fail;
2739         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2740                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2741                 goto fail;
2742         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2743                                 &fail_page_alloc.min_order))
2744                 goto fail;
2745
2746         return 0;
2747 fail:
2748         debugfs_remove_recursive(dir);
2749
2750         return -ENOMEM;
2751 }
2752
2753 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2754
2755 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2756
2757 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2758
2759 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2760 {
2761         return false;
2762 }
2763
2764 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2765
2766 /*
2767  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2768  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2769  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2770  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2771  */
2772 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2773                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
2774                          long free_pages)
2775 {
2776         long min = mark;
2777         int o;
2778         const bool alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2779
2780         /* free_pages may go negative - that's OK */
2781         free_pages -= (1 << order) - 1;
2782
2783         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2784                 min -= min / 2;
2785
2786         /*
2787          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2788          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2789          * atomic reserve but it avoids a search.
2790          */
2791         if (likely(!alloc_harder))
2792                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2793         else
2794                 min -= min / 4;
2795
2796 #ifdef CONFIG_CMA
2797         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2798         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2799                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2800 #endif
2801
2802         /*
2803          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2804          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2805          * even if a suitable page happened to be free.
2806          */
2807         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2808                 return false;
2809
2810         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2811         if (!order)
2812                 return true;
2813
2814         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2815         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2816                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2817                 int mt;
2818
2819                 if (!area->nr_free)
2820                         continue;
2821
2822                 if (alloc_harder)
2823                         return true;
2824
2825                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2826                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2827                                 return true;
2828                 }
2829
2830 #ifdef CONFIG_CMA
2831                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2832                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2833                         return true;
2834                 }
2835 #endif
2836         }
2837         return false;
2838 }
2839
2840 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2841                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2842 {
2843         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2844                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2845 }
2846
2847 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2848                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
2849 {
2850         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2851         long cma_pages = 0;
2852
2853 #ifdef CONFIG_CMA
2854         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2855         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2856                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2857 #endif
2858
2859         /*
2860          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2861          * need to be calculated. There is a corner case where the check
2862          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
2863          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
2864          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
2865          */
2866         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2867                 return true;
2868
2869         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2870                                         free_pages);
2871 }
2872
2873 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2874                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2875 {
2876         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2877
2878         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2879                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2880
2881         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2882                                                                 free_pages);
2883 }
2884
2885 #ifdef CONFIG_NUMA
2886 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2887 {
2888         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2889                                 RECLAIM_DISTANCE;
2890 }
2891 #else   /* CONFIG_NUMA */
2892 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2893 {
2894         return true;
2895 }
2896 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2897
2898 /*
2899  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2900  * a page.
2901  */
2902 static struct page *
2903 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2904                                                 const struct alloc_context *ac)
2905 {
2906         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
2907         struct zone *zone;
2908         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
2909
2910         /*
2911          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2912          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2913          */
2914         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
2915                                                                 ac->nodemask) {
2916                 struct page *page;
2917                 unsigned long mark;
2918
2919                 if (cpusets_enabled() &&
2920                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2921                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2922                                 continue;
2923                 /*
2924                  * When allocating a page cache page for writing, we
2925                  * want to get it from a node that is within its dirty
2926                  * limit, such that no single node holds more than its
2927                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2928                  * The dirty limits take into account the node's
2929                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2930                  * should be able to balance it without having to
2931                  * write pages from its LRU list.
2932                  *
2933                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2934                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
2935                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2936                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2937                  * nodes are together not big enough to reach the
2938                  * global limit.  The proper fix for these situations
2939                  * will require awareness of nodes in the
2940                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2941                  */
2942                 if (ac->spread_dirty_pages) {
2943                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
2944                                 continue;
2945
2946                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
2947                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
2948                                 continue;
2949                         }
2950                 }
2951
2952                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2953                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
2954                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
2955                         int ret;
2956
2957                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2958                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2959                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2960                                 goto try_this_zone;
2961
2962                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
2963                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
2964                                 continue;
2965
2966                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
2967                         switch (ret) {
2968                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
2969                                 /* did not scan */
2970                                 continue;
2971                         case NODE_RECLAIM_FULL:
2972                                 /* scanned but unreclaimable */
2973                                 continue;
2974                         default:
2975                                 /* did we reclaim enough */
2976                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2977                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
2978                                         goto try_this_zone;
2979
2980                                 continue;
2981                         }
2982                 }
2983
2984 try_this_zone:
2985                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
2986                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2987                 if (page) {
2988                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
2989
2990                         /*
2991                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2992                          * if the pageblock should be reserved for the future
2993                          */
2994                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2995                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2996
2997                         return page;
2998                 }
2999         }
3000
3001         return NULL;
3002 }
3003
3004 /*
3005  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3006  * meminfo in irq context.
3007  */
3008 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3009 {
3010         bool ret = false;
3011
3012 #if NODES_SHIFT > 8
3013         ret = in_interrupt();
3014 #endif
3015         return ret;
3016 }
3017
3018 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
3019                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3020                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3021
3022 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, const char *fmt, ...)
3023 {
3024         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3025         struct va_format vaf;
3026         va_list args;
3027
3028         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3029             debug_guardpage_minorder() > 0)
3030                 return;
3031
3032         /*
3033          * This documents exceptions given to allocations in certain
3034          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3035          * of allowed nodes.
3036          */
3037         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3038                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
3039                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3040                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3041         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3042                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3043
3044         pr_warn("%s: ", current->comm);
3045
3046         va_start(args, fmt);
3047         vaf.fmt = fmt;
3048         vaf.va = &args;
3049         pr_cont("%pV", &vaf);
3050         va_end(args);
3051
3052         pr_cont(", mode:%#x(%pGg)\n", gfp_mask, &gfp_mask);
3053
3054         dump_stack();
3055         if (!should_suppress_show_mem())
3056                 show_mem(filter);
3057 }
3058
3059 static inline struct page *
3060 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3061         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3062 {
3063         struct oom_control oc = {
3064                 .zonelist = ac->zonelist,
3065                 .nodemask = ac->nodemask,
3066                 .memcg = NULL,
3067                 .gfp_mask = gfp_mask,
3068                 .order = order,
3069         };
3070         struct page *page;
3071
3072         *did_some_progress = 0;
3073
3074         /*
3075          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3076          * making progress for us.
3077          */
3078         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3079                 *did_some_progress = 1;
3080                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3081                 return NULL;
3082         }
3083
3084         /*
3085          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3086          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3087          * we're still under heavy pressure.
3088          */
3089         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
3090                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3091         if (page)
3092                 goto out;
3093
3094         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3095                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3096                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3097                         goto out;
3098                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3099                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3100                         goto out;
3101                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3102                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3103                         goto out;
3104                 if (pm_suspended_storage())
3105                         goto out;
3106                 /*
3107                  * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3108                  * other request to make a forward progress.
3109                  * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3110                  * do much for this context but let's try it to at least get
3111                  * access to memory reserved if the current task is killed (see
3112                  * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3113                  * failures more gracefully we should just bail out here.
3114                  */
3115
3116                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3117                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3118                         goto out;
3119         }
3120         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
3121         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3122                 *did_some_progress = 1;
3123
3124                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
3125                         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3126                                         ALLOC_NO_WATERMARKS|ALLOC_CPUSET, ac);
3127                         /*
3128                          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3129                          * are depleted
3130                          */
3131                         if (!page)
3132                                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3133                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3134                 }
3135         }
3136 out:
3137         mutex_unlock(&oom_lock);
3138         return page;
3139 }
3140
3141 /*
3142  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3143  * killer is consider as the only way to move forward.
3144  */
3145 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3146
3147 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3148 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3149 static struct page *
3150 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3151                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3152                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3153 {
3154         struct page *page;
3155
3156         if (!order)
3157                 return NULL;
3158
3159         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3160         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3161                                                                         prio);
3162         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3163
3164         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3165                 return NULL;
3166
3167         /*
3168          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3169          * count a compaction stall
3170          */
3171         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3172
3173         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3174
3175         if (page) {
3176                 struct zone *zone = page_zone(page);
3177
3178                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3179                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3180                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3181                 return page;
3182         }
3183
3184         /*
3185          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3186          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3187          */
3188         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3189
3190         cond_resched();
3191
3192         return NULL;
3193 }
3194
3195 static inline bool
3196 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3197                      enum compact_result compact_result,
3198                      enum compact_priority *compact_priority,
3199                      int *compaction_retries)
3200 {
3201         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3202         int min_priority;
3203
3204         if (!order)
3205                 return false;
3206
3207         if (compaction_made_progress(compact_result))
3208                 (*compaction_retries)++;
3209
3210         /*
3211          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3212          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3213          * failure could be caused by insufficient priority
3214          */
3215         if (compaction_failed(compact_result))
3216                 goto check_priority;
3217
3218         /*
3219          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3220          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3221          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3222          * compaction.
3223          */
3224         if (compaction_withdrawn(compact_result))
3225                 return compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3226
3227         /*
3228          * !costly requests are much more important than __GFP_REPEAT
3229          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3230          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3231          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3232          * would need much more detailed feedback from compaction to
3233          * make a better decision.
3234          */
3235         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3236                 max_retries /= 4;
3237         if (*compaction_retries <= max_retries)
3238                 return true;
3239
3240         /*
3241          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3242          * all retries or failed at the lower priorities.
3243          */
3244 check_priority:
3245         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3246                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3247         if (*compact_priority > min_priority) {
3248                 (*compact_priority)--;
3249                 *compaction_retries = 0;
3250                 return true;
3251         }
3252         return false;
3253 }
3254 #else
3255 static inline struct page *
3256 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3257                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3258                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3259 {
3260         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3261         return NULL;
3262 }
3263
3264 static inline bool
3265 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3266                      enum compact_result compact_result,
3267                      enum compact_priority *compact_priority,
3268                      int *compaction_retries)
3269 {
3270         struct zone *zone;
3271         struct zoneref *z;
3272
3273         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3274                 return false;
3275
3276         /*
3277          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3278          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3279          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3280          * watermarks are OK.
3281          */
3282         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3283                                         ac->nodemask) {
3284                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3285                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3286                         return true;
3287         }
3288         return false;
3289 }
3290 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3291
3292 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3293 static int
3294 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3295                                         const struct alloc_context *ac)
3296 {
3297         struct reclaim_state reclaim_state;
3298         int progress;
3299
3300         cond_resched();
3301
3302         /* We now go into synchronous reclaim */
3303         cpuset_memory_pressure_bump();
3304         current->flags |= PF_MEMALLOC;
3305         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
3306         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3307         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3308
3309         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3310                                                                 ac->nodemask);
3311
3312         current->reclaim_state = NULL;
3313         lockdep_clear_current_reclaim_state();
3314         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
3315
3316         cond_resched();
3317
3318         return progress;
3319 }
3320
3321 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3322 static inline struct page *
3323 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3324                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3325                 unsigned long *did_some_progress)
3326 {
3327         struct page *page = NULL;
3328         bool drained = false;
3329
3330         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3331         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3332                 return NULL;
3333
3334 retry:
3335         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3336
3337         /*
3338          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3339          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3340          * Shrink them them and try again
3341          */
3342         if (!page && !drained) {
3343                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3344                 drain_all_pages(NULL);
3345                 drained = true;
3346                 goto retry;
3347         }
3348
3349         return page;
3350 }
3351
3352 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
3353 {
3354         struct zoneref *z;
3355         struct zone *zone;
3356         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3357
3358         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3359                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask) {
3360                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3361                         wakeup_kswapd(zone, order, ac->high_zoneidx);
3362                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3363         }
3364 }
3365
3366 static inline unsigned int
3367 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3368 {
3369         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3370
3371         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3372         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3373
3374         /*
3375          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3376          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3377          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3378          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3379          */
3380         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3381
3382         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3383                 /*
3384                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3385                  * if it can't schedule.
3386                  */
3387                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3388                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3389                 /*
3390                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3391                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3392                  */
3393                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3394         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3395                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3396
3397 #ifdef CONFIG_CMA
3398         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3399                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3400 #endif
3401         return alloc_flags;
3402 }
3403
3404 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3405 {
3406         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3407                 return false;
3408
3409         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3410                 return true;
3411         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3412                 return true;
3413         if (!in_interrupt() &&
3414                         ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3415                          unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3416                 return true;
3417
3418         return false;
3419 }
3420
3421 /*
3422  * Maximum number of reclaim retries without any progress before OOM killer
3423  * is consider as the only way to move forward.
3424  */
3425 #define MAX_RECLAIM_RETRIES 16
3426
3427 /*
3428  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3429  * for the given allocation request.
3430  * The reclaim feedback represented by did_some_progress (any progress during
3431  * the last reclaim round) and no_progress_loops (number of reclaim rounds without
3432  * any progress in a row) is considered as well as the reclaimable pages on the
3433  * applicable zone list (with a backoff mechanism which is a function of
3434  * no_progress_loops).
3435  *
3436  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3437  */
3438 static inline bool
3439 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3440                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3441                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3442 {
3443         struct zone *zone;
3444         struct zoneref *z;
3445
3446         /*
3447          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3448          * their order will become available due to high fragmentation so
3449          * always increment the no progress counter for them
3450          */
3451         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3452                 *no_progress_loops = 0;
3453         else
3454                 (*no_progress_loops)++;
3455
3456         /*
3457          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3458          * several times in the row.
3459          */
3460         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3461                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3462                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3463         }
3464
3465         /*
3466          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3467          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3468          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3469          * screwed and have to go OOM.
3470          */
3471         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3472                                         ac->nodemask) {
3473                 unsigned long available;
3474                 unsigned long reclaimable;
3475
3476                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3477                 available -= DIV_ROUND_UP((*no_progress_loops) * available,
3478                                           MAX_RECLAIM_RETRIES);
3479                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3480
3481                 /*
3482                  * Would the allocation succeed if we reclaimed the whole
3483                  * available?
3484                  */
3485                 if (__zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark_pages(zone),
3486                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available)) {
3487                         /*
3488                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3489                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3490                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3491                          * prevent from pre mature OOM
3492                          */
3493                         if (!did_some_progress) {
3494                                 unsigned long write_pending;
3495
3496                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3497                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3498
3499                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3500                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3501                                         return true;
3502                                 }
3503                         }
3504
3505                         /*
3506                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3507                          * context and the current implementation of the WQ
3508                          * concurrency control doesn't recognize that
3509                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3510                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3511                          * do a short sleep here rather than calling
3512                          * cond_resched().
3513                          */
3514                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3515                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3516                         else
3517                                 cond_resched();
3518
3519                         return true;
3520                 }
3521         }
3522
3523         return false;
3524 }
3525
3526 static inline struct page *
3527 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3528                                                 struct alloc_context *ac)
3529 {
3530         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3531         struct page *page = NULL;
3532         unsigned int alloc_flags;
3533         unsigned long did_some_progress;
3534         enum compact_priority compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3535         enum compact_result compact_result;
3536         int compaction_retries = 0;
3537         int no_progress_loops = 0;
3538         unsigned long alloc_start = jiffies;
3539         unsigned int stall_timeout = 10 * HZ;
3540
3541         /*
3542          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3543          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3544          * be using allocators in order of preference for an area that is
3545          * too large.
3546          */
3547         if (order >= MAX_ORDER) {
3548                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3549                 return NULL;
3550         }
3551
3552         /*
3553          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3554          * callers that are not in atomic context.
3555          */
3556         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3557                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3558                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3559
3560         /*
3561          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3562          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3563          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3564          */
3565         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3566
3567         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3568                 wake_all_kswapds(order, ac);
3569
3570         /*
3571          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3572          * that first
3573          */
3574         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3575         if (page)
3576                 goto got_pg;
3577
3578         /*
3579          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3580          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. Don't try
3581          * that for allocations that are allowed to ignore watermarks, as the
3582          * ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3583          */
3584         if (can_direct_reclaim && order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER &&
3585                 !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3586                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3587                                                 alloc_flags, ac,
3588                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3589                                                 &compact_result);
3590                 if (page)
3591                         goto got_pg;
3592
3593                 /*
3594                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3595                  * includes THP page fault allocations
3596                  */
3597                 if (gfp_mask & __GFP_NORETRY) {
3598                         /*
3599                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
3600                          * it is because sync compaction recently failed. If
3601                          * this is the case and the caller requested a THP
3602                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
3603                          * system, so we fail the allocation instead of entering
3604                          * direct reclaim.
3605                          */
3606                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
3607                                 goto nopage;
3608
3609                         /*
3610                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
3611                          * sync compaction could be very expensive, so keep
3612                          * using async compaction.
3613                          */
3614                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
3615                 }
3616         }
3617
3618 retry:
3619         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
3620         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3621                 wake_all_kswapds(order, ac);
3622
3623         if (gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask))
3624                 alloc_flags = ALLOC_NO_WATERMARKS;
3625
3626         /*
3627          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
3628          * These allocations are high priority and system rather than user
3629          * orientated.
3630          */
3631         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)) {
3632                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3633                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3634                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
3635         }
3636
3637         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
3638         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3639         if (page)
3640                 goto got_pg;
3641
3642         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3643         if (!can_direct_reclaim) {
3644                 /*
3645                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
3646                  * of any new users that actually allow this type of allocation
3647                  * to fail.
3648                  */
3649                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3650                 goto nopage;
3651         }
3652
3653         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3654         if (current->flags & PF_MEMALLOC) {
3655                 /*
3656                  * __GFP_NOFAIL request from this context is rather bizarre
3657                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
3658                  * for somebody to do a work for us.
3659                  */
3660                 if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3661                         cond_resched();
3662                         goto retry;
3663                 }
3664                 goto nopage;
3665         }
3666
3667         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3668         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3669                 goto nopage;
3670
3671
3672         /* Try direct reclaim and then allocating */
3673         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3674                                                         &did_some_progress);
3675         if (page)
3676                 goto got_pg;
3677
3678         /* Try direct compaction and then allocating */
3679         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3680                                         compact_priority, &compact_result);
3681         if (page)
3682                 goto got_pg;
3683
3684         /* Do not loop if specifically requested */
3685         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3686                 goto nopage;
3687
3688         /*
3689          * Do not retry costly high order allocations unless they are
3690          * __GFP_REPEAT
3691          */
3692         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER && !(gfp_mask & __GFP_REPEAT))
3693                 goto nopage;
3694
3695         /* Make sure we know about allocations which stall for too long */
3696         if (time_after(jiffies, alloc_start + stall_timeout)) {
3697                 warn_alloc(gfp_mask,
3698                         "page allocation stalls for %ums, order:%u",
3699                         jiffies_to_msecs(jiffies-alloc_start), order);
3700                 stall_timeout += 10 * HZ;
3701         }
3702
3703         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
3704                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
3705                 goto retry;
3706
3707         /*
3708          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
3709          * reclaim is not able to make any progress because the current
3710          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
3711          * of free memory (see __compaction_suitable)
3712          */
3713         if (did_some_progress > 0 &&
3714                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
3715                                 compact_result, &compact_priority,
3716                                 &compaction_retries))
3717                 goto retry;
3718
3719         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3720         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3721         if (page)
3722                 goto got_pg;
3723
3724         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3725         if (did_some_progress) {
3726                 no_progress_loops = 0;
3727                 goto retry;
3728         }
3729
3730 nopage:
3731         warn_alloc(gfp_mask,
3732                         "page allocation failure: order:%u", order);
3733 got_pg:
3734         return page;
3735 }
3736
3737 /*
3738  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3739  */
3740 struct page *
3741 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3742                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3743 {
3744         struct page *page;
3745         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3746         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
3747         gfp_t alloc_mask = gfp_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3748         struct alloc_context ac = {
3749                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3750                 .zonelist = zonelist,
3751                 .nodemask = nodemask,
3752                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3753         };
3754
3755         if (cpusets_enabled()) {
3756                 alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
3757                 alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
3758                 if (!ac.nodemask)
3759                         ac.nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
3760         }
3761
3762         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3763
3764         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3765
3766         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3767
3768         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3769                 return NULL;
3770
3771         /*
3772          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3773          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3774          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3775          */
3776         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3777                 return NULL;
3778
3779         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3780                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3781
3782 retry_cpuset:
3783         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3784
3785         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3786         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3787
3788         /*
3789          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
3790          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
3791          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
3792          */
3793         ac.preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist,
3794                                         ac.high_zoneidx, ac.nodemask);
3795         if (!ac.preferred_zoneref) {
3796                 page = NULL;
3797                 goto no_zone;
3798         }
3799
3800         /* First allocation attempt */
3801         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3802         if (likely(page))
3803                 goto out;
3804
3805         /*
3806          * Runtime PM, block IO and its error handling path can deadlock
3807          * because I/O on the device might not complete.
3808          */
3809         alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3810         ac.spread_dirty_pages = false;
3811
3812         /*
3813          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
3814          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
3815          */
3816         if (cpusets_enabled())
3817                 ac.nodemask = nodemask;
3818         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3819
3820 no_zone:
3821         /*
3822          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3823          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3824          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3825          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3826          */
3827         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))) {
3828                 alloc_mask = gfp_mask;
3829                 goto retry_cpuset;
3830         }
3831
3832 out:
3833         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
3834             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
3835                 __free_pages(page, order);
3836                 page = NULL;
3837         }
3838
3839         if (kmemcheck_enabled && page)
3840                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3841
3842         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3843
3844         return page;
3845 }
3846 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3847
3848 /*
3849  * Common helper functions.
3850  */
3851 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3852 {
3853         struct page *page;
3854
3855         /*
3856          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3857          * a highmem page
3858          */
3859         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3860
3861         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3862         if (!page)
3863                 return 0;
3864         return (unsigned long) page_address(page);
3865 }
3866 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3867
3868 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3869 {
3870         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3871 }
3872 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3873
3874 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3875 {
3876         if (put_page_testzero(page)) {
3877                 if (order == 0)
3878                         free_hot_cold_page(page, false);
3879                 else
3880                         __free_pages_ok(page, order);
3881         }
3882 }
3883
3884 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3885
3886 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3887 {
3888         if (addr != 0) {
3889                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3890                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3891         }
3892 }
3893
3894 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3895
3896 /*
3897  * Page Fragment:
3898  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3899  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3900  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3901  *
3902  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3903  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3904  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3905  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3906  */
3907 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3908                                        gfp_t gfp_mask)
3909 {
3910         struct page *page = NULL;
3911         gfp_t gfp = gfp_mask;
3912
3913 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3914         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3915                     __GFP_NOMEMALLOC;
3916         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3917                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3918         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3919 #endif
3920         if (unlikely(!page))
3921                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3922
3923         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3924
3925         return page;
3926 }
3927
3928 void __page_frag_drain(struct page *page, unsigned int order,
3929                        unsigned int count)
3930 {
3931         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
3932
3933         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
3934                 if (order == 0)
3935                         free_hot_cold_page(page, false);
3936                 else
3937                         __free_pages_ok(page, order);
3938         }
3939 }
3940 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_drain);
3941
3942 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3943                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3944 {
3945         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3946         struct page *page;
3947         int offset;
3948
3949         if (unlikely(!nc->va)) {
3950 refill:
3951                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3952                 if (!page)
3953                         return NULL;
3954
3955 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3956                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3957                 size = nc->size;
3958 #endif
3959                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3960                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3961                  */
3962                 page_ref_add(page, size - 1);
3963
3964                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3965                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3966                 nc->pagecnt_bias = size;
3967                 nc->offset = size;
3968         }
3969
3970         offset = nc->offset - fragsz;
3971         if (unlikely(offset < 0)) {
3972                 page = virt_to_page(nc->va);
3973
3974                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
3975                         goto refill;
3976
3977 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3978                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3979                 size = nc->size;
3980 #endif
3981                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3982                 set_page_count(page, size);
3983
3984                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3985                 nc->pagecnt_bias = size;
3986                 offset = size - fragsz;
3987         }
3988
3989         nc->pagecnt_bias--;
3990         nc->offset = offset;
3991
3992         return nc->va + offset;
3993 }
3994 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3995
3996 /*
3997  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3998  */
3999 void __free_page_frag(void *addr)
4000 {
4001         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4002
4003         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4004                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4005 }
4006 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
4007
4008 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4009                 size_t size)
4010 {
4011         if (addr) {
4012                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4013                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4014
4015                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4016                 while (used < alloc_end) {
4017                         free_page(used);
4018                         used += PAGE_SIZE;
4019                 }
4020         }
4021         return (void *)addr;
4022 }
4023
4024 /**
4025  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4026  * @size: the number of bytes to allocate
4027  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4028  *
4029  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4030  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4031  * allocate memory in power-of-two pages.
4032  *
4033  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4034  *
4035  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4036  */
4037 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4038 {
4039         unsigned int order = get_order(size);
4040         unsigned long addr;
4041
4042         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4043         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4044 }
4045 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4046
4047 /**
4048  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4049  *                         pages on a node.
4050  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4051  * @size: the number of bytes to allocate
4052  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4053  *
4054  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4055  * back.
4056  */
4057 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4058 {
4059         unsigned int order = get_order(size);
4060         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4061         if (!p)
4062                 return NULL;
4063         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4064 }
4065
4066 /**
4067  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4068  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4069  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4070  *
4071  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4072  */
4073 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4074 {
4075         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4076         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4077
4078         while (addr < end) {
4079                 free_page(addr);
4080                 addr += PAGE_SIZE;
4081         }
4082 }
4083 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4084
4085 /**
4086  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4087  * @offset: The zone index of the highest zone
4088  *
4089  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4090  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4091  * zone, the number of pages is calculated as:
4092  *     managed_pages - high_pages
4093  */
4094 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4095 {
4096         struct zoneref *z;
4097         struct zone *zone;
4098
4099         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4100         unsigned long sum = 0;
4101
4102         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4103
4104         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4105                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4106                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4107                 if (size > high)
4108                         sum += size - high;
4109         }
4110
4111         return sum;
4112 }
4113
4114 /**
4115  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4116  *
4117  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4118  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4119  */
4120 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4121 {
4122         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4123 }
4124 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4125
4126 /**
4127  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4128  *
4129  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4130  * high watermark within all zones.
4131  */
4132 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4133 {
4134         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4135 }
4136
4137 static inline void show_node(struct zone *zone)
4138 {
4139         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4140                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4141 }
4142
4143 long si_mem_available(void)
4144 {
4145         long available;
4146         unsigned long pagecache;
4147         unsigned long wmark_low = 0;
4148         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4149         struct zone *zone;
4150         int lru;
4151
4152         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4153                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4154
4155         for_each_zone(zone)
4156                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4157
4158         /*
4159          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4160          * without causing swapping.
4161          */
4162         available = global_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4163
4164         /*
4165          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4166          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4167          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4168          */
4169         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4170         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4171         available += pagecache;
4172
4173         /*
4174          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4175          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4176          */
4177         available += global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4178                      min(global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2, wmark_low);
4179
4180         if (available < 0)
4181                 available = 0;
4182         return available;
4183 }
4184 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4185
4186 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4187 {
4188         val->totalram = totalram_pages;
4189         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4190         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
4191         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4192         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4193         val->freehigh = nr_free_highpages();
4194         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4195 }
4196
4197 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4198
4199 #ifdef CONFIG_NUMA
4200 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4201 {
4202         int zone_type;          /* needs to be signed */
4203         unsigned long managed_pages = 0;
4204         unsigned long managed_highpages = 0;
4205         unsigned long free_highpages = 0;
4206         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4207
4208         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4209                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4210         val->totalram = managed_pages;
4211         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4212         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4213 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4214         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4215                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4216
4217                 if (is_highmem(zone)) {
4218                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4219                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4220                 }
4221         }
4222         val->totalhigh = managed_highpages;
4223         val->freehigh = free_highpages;
4224 #else
4225         val->totalhigh = managed_highpages;
4226         val->freehigh = free_highpages;
4227 #endif
4228         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4229 }
4230 #endif
4231
4232 /*
4233  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4234  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4235  */
4236 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
4237 {
4238         bool ret = false;
4239         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4240
4241         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4242                 goto out;
4243
4244         do {
4245                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4246                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
4247         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
4248 out:
4249         return ret;
4250 }
4251
4252 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4253
4254 static void show_migration_types(unsigned char type)
4255 {
4256         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4257                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4258                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4259                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4260                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4261 #ifdef CONFIG_CMA
4262                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4263 #endif
4264 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4265                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4266 #endif
4267         };
4268         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4269         char *p = tmp;
4270         int i;
4271
4272         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4273                 if (type & (1 << i))
4274                         *p++ = types[i];
4275         }
4276
4277         *p = '\0';
4278         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4279 }
4280
4281 /*
4282  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4283  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4284  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4285  *
4286  * Bits in @filter:
4287  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4288  *   cpuset.
4289  */
4290 void show_free_areas(unsigned int filter)
4291 {
4292         unsigned long free_pcp = 0;
4293         int cpu;
4294         struct zone *zone;
4295         pg_data_t *pgdat;
4296
4297         for_each_populated_zone(zone) {
4298                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4299                         continue;
4300
4301                 for_each_online_cpu(cpu)
4302                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4303         }
4304
4305         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4306                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4307                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4308                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4309                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4310                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4311                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4312                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4313                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4314                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4315                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4316                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4317                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4318                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4319                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4320                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4321                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4322                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4323                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4324                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4325                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
4326                 global_page_state(NR_BOUNCE),
4327                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
4328                 free_pcp,
4329                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4330
4331         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4332                 printk("Node %d"
4333                         " active_anon:%lukB"
4334                         " inactive_anon:%lukB"
4335                         " active_file:%lukB"
4336                         " inactive_file:%lukB"
4337                         " unevictable:%lukB"
4338                         " isolated(anon):%lukB"
4339                         " isolated(file):%lukB"
4340                         " mapped:%lukB"
4341                         " dirty:%lukB"
4342                         " writeback:%lukB"
4343                         " shmem:%lukB"
4344 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4345                         " shmem_thp: %lukB"
4346                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4347                         " anon_thp: %lukB"
4348 #endif
4349                         " writeback_tmp:%lukB"
4350                         " unstable:%lukB"
4351                         " pages_scanned:%lu"
4352                         " all_unreclaimable? %s"
4353                         "\n",
4354                         pgdat->node_id,
4355                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4356                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4357                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4358                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4359                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4360                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4361                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4362                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4363                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4364                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4365 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4366                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4367                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4368                                         * HPAGE_PMD_NR),
4369                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4370 #endif
4371                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4372                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4373                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4374                         node_page_state(pgdat, NR_PAGES_SCANNED),
4375                         !pgdat_reclaimable(pgdat) ? "yes" : "no");
4376         }
4377
4378         for_each_populated_zone(zone) {
4379                 int i;
4380
4381                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4382                         continue;
4383
4384                 free_pcp = 0;
4385                 for_each_online_cpu(cpu)
4386                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4387
4388                 show_node(zone);
4389                 printk(KERN_CONT
4390                         "%s"
4391                         " free:%lukB"
4392                         " min:%lukB"
4393                         " low:%lukB"
4394                         " high:%lukB"
4395                         " active_anon:%lukB"
4396                         " inactive_anon:%lukB"
4397                         " active_file:%lukB"
4398                         " inactive_file:%lukB"
4399                         " unevictable:%lukB"
4400                         " writepending:%lukB"
4401                         " present:%lukB"
4402                         " managed:%lukB"
4403                         " mlocked:%lukB"
4404                         " slab_reclaimable:%lukB"
4405                         " slab_unreclaimable:%lukB"
4406                         " kernel_stack:%lukB"
4407                         " pagetables:%lukB"
4408                         " bounce:%lukB"
4409                         " free_pcp:%lukB"
4410                         " local_pcp:%ukB"
4411                         " free_cma:%lukB"
4412                         "\n",
4413                         zone->name,
4414                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4415                         K(min_wmark_pages(zone)),
4416                         K(low_wmark_pages(zone)),
4417                         K(high_wmark_pages(zone)),
4418                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4419                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4420                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4421                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4422                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4423                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4424                         K(zone->present_pages),
4425                         K(zone->managed_pages),
4426                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4427                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
4428                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
4429                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4430                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4431                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4432                         K(free_pcp),
4433                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4434                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4435                 printk("lowmem_reserve[]:");
4436                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4437                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4438                 printk(KERN_CONT "\n");
4439         }
4440
4441         for_each_populated_zone(zone) {
4442                 unsigned int order;
4443                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
4444                 unsigned char types[MAX_ORDER];
4445
4446                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
4447                         continue;
4448                 show_node(zone);
4449                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
4450
4451                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
4452                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4453                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
4454                         int type;
4455
4456                         nr[order] = area->nr_free;
4457                         total += nr[order] << order;
4458
4459                         types[order] = 0;
4460                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
4461                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
4462                                         types[order] |= 1 << type;
4463                         }
4464                 }
4465                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
4466                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
4467                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
4468                                nr[order], K(1UL) << order);
4469                         if (nr[order])
4470                                 show_migration_types(types[order]);
4471                 }
4472                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
4473         }
4474
4475         hugetlb_show_meminfo();
4476
4477         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
4478
4479         show_swap_cache_info();
4480 }
4481
4482 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4483 {
4484         zoneref->zone = zone;
4485         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4486 }
4487
4488 /*
4489  * Builds allocation fallback zone lists.
4490  *
4491  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4492  */
4493 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
4494                                 int nr_zones)
4495 {
4496         struct zone *zone;
4497         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4498
4499         do {
4500                 zone_type--;
4501                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4502                 if (managed_zone(zone)) {
4503                         zoneref_set_zone(zone,
4504                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
4505                         check_highest_zone(zone_type);
4506                 }
4507         } while (zone_type);
4508
4509         return nr_zones;
4510 }
4511
4512
4513 /*
4514  *  zonelist_order:
4515  *  0 = automatic detection of better ordering.
4516  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
4517  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
4518  *
4519  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
4520  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
4521  */
4522 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
4523 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
4524 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
4525
4526 /* zonelist order in the kernel.
4527  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
4528  */
4529 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4530 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
4531
4532
4533 #ifdef CONFIG_NUMA
4534 /* The value user specified ....changed by config */
4535 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4536 /* string for sysctl */
4537 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4538 char numa_zonelist_order[16] = "default";
4539
4540 /*
4541  * interface for configure zonelist ordering.
4542  * command line option "numa_zonelist_order"
4543  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
4544  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
4545  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
4546  */
4547
4548 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4549 {
4550         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
4551                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
4552         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
4553                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
4554         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
4555                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4556         } else {
4557                 pr_warn("Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4558                 return -EINVAL;
4559         }
4560         return 0;
4561 }
4562
4563 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
4564 {
4565         int ret;
4566
4567         if (!s)
4568                 return 0;
4569
4570         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
4571         if (ret == 0)
4572                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4573
4574         return ret;
4575 }
4576 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4577
4578 /*
4579  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4580  */
4581 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4582                 void __user *buffer, size_t *length,
4583                 loff_t *ppos)
4584 {
4585         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4586         int ret;
4587         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4588
4589         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4590         if (write) {
4591                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4592                         ret = -EINVAL;
4593                         goto out;
4594                 }
4595                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4596         }
4597         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4598         if (ret)
4599                 goto out;
4600         if (write) {
4601                 int oldval = user_zonelist_order;
4602
4603                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4604                 if (ret) {
4605                         /*
4606                          * bogus value.  restore saved string
4607                          */
4608                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4609                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4610                         user_zonelist_order = oldval;
4611                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4612                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4613                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4614                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4615                 }
4616         }
4617 out:
4618         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4619         return ret;
4620 }
4621
4622
4623 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4624 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4625
4626 /**
4627  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4628  * @node: node whose fallback list we're appending
4629  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4630  *
4631  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4632  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4633  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4634  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4635  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4636  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4637  * on them otherwise.
4638  * It returns -1 if no node is found.
4639  */
4640 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4641 {
4642         int n, val;
4643         int min_val = INT_MAX;
4644         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4645         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4646
4647         /* Use the local node if we haven't already */
4648         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4649                 node_set(node, *used_node_mask);
4650                 return node;
4651         }
4652
4653         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4654
4655                 /* Don't want a node to appear more than once */
4656                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4657                         continue;
4658
4659                 /* Use the distance array to find the distance */
4660                 val = node_distance(node, n);
4661
4662                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4663                 val += (n < node);
4664
4665                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4666                 tmp = cpumask_of_node(n);
4667                 if (!cpumask_empty(tmp))
4668                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4669
4670                 /* Slight preference for less loaded node */
4671                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4672                 val += node_load[n];
4673
4674                 if (val < min_val) {
4675                         min_val = val;
4676                         best_node = n;
4677                 }
4678         }
4679
4680         if (best_node >= 0)
4681                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4682
4683         return best_node;
4684 }
4685
4686
4687 /*
4688  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4689  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4690  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4691  */
4692 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4693 {
4694         int j;
4695         struct zonelist *zonelist;
4696
4697         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4698         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4699                 ;
4700         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4701         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4702         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4703 }
4704
4705 /*
4706  * Build gfp_thisnode zonelists
4707  */
4708 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4709 {
4710         int j;
4711         struct zonelist *zonelist;
4712
4713         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK];
4714         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4715         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4716         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4717 }
4718
4719 /*
4720  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4721  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4722  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4723  * may still exist in local DMA zone.
4724  */
4725 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4726
4727 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4728 {
4729         int pos, j, node;
4730         int zone_type;          /* needs to be signed */
4731         struct zone *z;
4732         struct zonelist *zonelist;
4733
4734         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4735         pos = 0;
4736         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4737                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4738                         node = node_order[j];
4739                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4740                         if (managed_zone(z)) {
4741                                 zoneref_set_zone(z,
4742                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4743                                 check_highest_zone(zone_type);
4744                         }
4745                 }
4746         }
4747         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4748         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4749 }
4750
4751 #if defined(CONFIG_64BIT)
4752 /*
4753  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4754  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4755  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4756  */
4757 static int default_zonelist_order(void)
4758 {
4759         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4760 }
4761 #else
4762 /*
4763  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4764  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4765  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4766  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4767  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4768  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4769  */
4770 static int default_zonelist_order(void)
4771 {
4772         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4773 }
4774 #endif /* CONFIG_64BIT */
4775
4776 static void set_zonelist_order(void)
4777 {
4778         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4779                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4780         else
4781                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4782 }
4783
4784 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4785 {
4786         int i, node, load;
4787         nodemask_t used_mask;
4788         int local_node, prev_node;
4789         struct zonelist *zonelist;
4790         unsigned int order = current_zonelist_order;
4791
4792         /* initialize zonelists */
4793         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4794                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4795                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4796                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4797         }
4798
4799         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4800         local_node = pgdat->node_id;
4801         load = nr_online_nodes;
4802         prev_node = local_node;
4803         nodes_clear(used_mask);
4804
4805         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4806         i = 0;
4807
4808         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4809                 /*
4810                  * We don't want to pressure a particular node.
4811                  * So adding penalty to the first node in same
4812                  * distance group to make it round-robin.
4813                  */
4814                 if (node_distance(local_node, node) !=
4815                     node_distance(local_node, prev_node))
4816                         node_load[node] = load;
4817
4818                 prev_node = node;
4819                 load--;
4820                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4821                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4822                 else
4823                         node_order[i++] = node; /* remember order */
4824         }
4825
4826         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4827                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4828                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, i);
4829         }
4830
4831         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4832 }
4833
4834 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4835 /*
4836  * Return node id of node used for "local" allocations.
4837  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4838  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4839  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4840  */
4841 int local_memory_node(int node)
4842 {
4843         struct zoneref *z;
4844
4845         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4846                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4847                                    NULL);
4848         return z->zone->node;
4849 }
4850 #endif
4851
4852 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
4853 static void setup_min_slab_ratio(void);
4854 #else   /* CONFIG_NUMA */
4855
4856 static void set_zonelist_order(void)
4857 {
4858         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4859 }
4860
4861 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4862 {
4863         int node, local_node;
4864         enum zone_type j;
4865         struct zonelist *zonelist;
4866
4867         local_node = pgdat->node_id;
4868
4869         zonelist = &pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
4870         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4871
4872         /*
4873          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4874          * of all the other nodes.
4875          * We don't want to pressure a particular node, so when
4876          * building the zones for node N, we make sure that the
4877          * zones coming right after the local ones are those from
4878          * node N+1 (modulo N)
4879          */
4880         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4881                 if (!node_online(node))
4882                         continue;
4883                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4884         }
4885         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4886                 if (!node_online(node))
4887                         continue;
4888                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4889         }
4890
4891         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4892         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4893 }
4894
4895 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4896
4897 /*
4898  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4899  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4900  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4901  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4902  * with interrupts disabled.
4903  *
4904  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4905  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4906  * hotplugged processors.
4907  *
4908  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4909  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4910  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4911  */
4912 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4913 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4914 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4915
4916 /*
4917  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4918  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4919  */
4920 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4921
4922 /* return values int ....just for stop_machine() */
4923 static int __build_all_zonelists(void *data)
4924 {
4925         int nid;
4926         int cpu;
4927         pg_data_t *self = data;
4928
4929 #ifdef CONFIG_NUMA
4930         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4931 #endif
4932
4933         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4934                 build_zonelists(self);
4935         }
4936
4937         for_each_online_node(nid) {
4938                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4939
4940                 build_zonelists(pgdat);
4941         }
4942
4943         /*
4944          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4945          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4946          * each zone will be allocated later when the per cpu
4947          * allocator is available.
4948          *
4949          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4950          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4951          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4952          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4953          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4954          * (a chicken-egg dilemma).
4955          */
4956         for_each_possible_cpu(cpu) {
4957                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4958
4959 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4960                 /*
4961                  * We now know the "local memory node" for each node--
4962                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4963                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4964                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4965                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4966                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4967                  */
4968                 if (cpu_online(cpu))
4969                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4970 #endif
4971         }
4972
4973         return 0;
4974 }
4975
4976 static noinline void __init
4977 build_all_zonelists_init(void)
4978 {
4979         __build_all_zonelists(NULL);
4980         mminit_verify_zonelist();
4981         cpuset_init_current_mems_allowed();
4982 }
4983
4984 /*
4985  * Called with zonelists_mutex held always
4986  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4987  *
4988  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4989  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4990  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4991  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4992  */
4993 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4994 {
4995         set_zonelist_order();
4996
4997         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4998                 build_all_zonelists_init();
4999         } else {
5000 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
5001                 if (zone)
5002                         setup_zone_pageset(zone);
5003 #endif
5004                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
5005                    of zonelist */
5006                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
5007                 /* cpuset refresh routine should be here */
5008         }
5009         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5010         /*
5011          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5012          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5013          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5014          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5015          * disabled and enable it later
5016          */
5017         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5018                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5019         else
5020                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5021
5022         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5023                 nr_online_nodes,
5024                 zonelist_order_name[current_zonelist_order],
5025                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5026                 vm_total_pages);
5027 #ifdef CONFIG_NUMA
5028         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5029 #endif
5030 }
5031
5032 /*
5033  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5034  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5035  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5036  */
5037 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5038                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
5039 {
5040         struct vmem_altmap *altmap = to_vmem_altmap(__pfn_to_phys(start_pfn));
5041         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5042         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5043         unsigned long pfn;
5044         unsigned long nr_initialised = 0;
5045 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5046         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5047 #endif
5048
5049         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5050                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5051
5052         /*
5053          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5054          * memory
5055          */
5056         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5057                 start_pfn += altmap->reserve;
5058
5059         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5060                 /*
5061                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5062                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5063                  */
5064                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5065                         goto not_early;
5066
5067                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5068                         continue;
5069                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5070                         continue;
5071                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5072                         break;
5073
5074 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5075                 /*
5076                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5077                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5078                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5079                  */
5080                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5081                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5082                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5083                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5084                                                 break;
5085                                 r = tmp;
5086                         }
5087                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5088                             memblock_is_mirror(r)) {
5089                                 /* already initialized as NORMAL */
5090                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5091                                 continue;
5092                         }
5093                 }
5094 #endif
5095
5096 not_early:
5097                 /*
5098                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5099                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5100                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5101                  * the address space during boot when many long-lived
5102                  * kernel allocations are made.
5103                  *
5104                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5105                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5106                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5107                  * pfn out of zone.
5108                  */
5109                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5110                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5111
5112                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5113                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5114                 } else {
5115                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
5116                 }
5117         }
5118 }
5119
5120 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5121 {
5122         unsigned int order, t;
5123         for_each_migratetype_order(order, t) {
5124                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5125                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5126         }
5127 }
5128
5129 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5130 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5131         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
5132 #endif
5133
5134 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5135 {
5136 #ifdef CONFIG_MMU
5137         int batch;
5138
5139         /*
5140          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5141          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5142          *
5143          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5144          */
5145         batch = zone->managed_pages / 1024;
5146         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5147                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5148         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5149         if (batch < 1)
5150                 batch = 1;
5151
5152         /*
5153          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5154          * of 2 value was found to be more likely to have
5155          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5156          *
5157          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5158          * batches of pages, one task can end up with a lot
5159          * of pages of one half of the possible page colors
5160          * and the other with pages of the other colors.
5161          */
5162         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5163
5164         return batch;
5165
5166 #else
5167         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5168          * conditions.
5169          *
5170          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5171          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5172          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5173          *
5174          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5175          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5176          * can be a significant delay between the individual batches being
5177          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5178          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5179          */
5180         return 0;
5181 #endif
5182 }
5183
5184 /*
5185  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5186  * ->batch must never be higher then ->high.
5187  * The following function updates them in a safe manner without read side
5188  * locking.
5189  *
5190  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5191  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5192  *
5193  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5194  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5195  * exist).
5196  */
5197 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5198                 unsigned long batch)
5199 {
5200        /* start with a fail safe value for batch */
5201         pcp->batch = 1;
5202         smp_wmb();
5203
5204        /* Update high, then batch, in order */
5205         pcp->high = high;
5206         smp_wmb();
5207
5208         pcp->batch = batch;
5209 }
5210
5211 /* a companion to pageset_set_high() */
5212 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5213 {
5214         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5215 }
5216
5217 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5218 {
5219         struct per_cpu_pages *pcp;
5220         int migratetype;
5221
5222         memset(p, 0, sizeof(*p));
5223
5224         pcp = &p->pcp;
5225         pcp->count = 0;
5226         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5227                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5228 }
5229
5230 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5231 {
5232         pageset_init(p);
5233         pageset_set_batch(p, batch);
5234 }
5235
5236 /*
5237  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5238  * to the value high for the pageset p.
5239  */
5240 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5241                                 unsigned long high)
5242 {
5243         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5244         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5245                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5246
5247         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5248 }
5249
5250 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5251                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5252 {
5253         if (percpu_pagelist_fraction)
5254                 pageset_set_high(pcp,
5255                         (zone->managed_pages /
5256                                 percpu_pagelist_fraction));
5257         else
5258                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5259 }
5260
5261 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5262 {
5263         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5264
5265         pageset_init(pcp);
5266         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5267 }
5268
5269 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5270 {
5271         int cpu;
5272         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5273         for_each_possible_cpu(cpu)
5274                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5275 }
5276
5277 /*
5278  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5279  * Before this call only boot pagesets were available.
5280  */
5281 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5282 {
5283         struct pglist_data *pgdat;
5284         struct zone *zone;
5285
5286         for_each_populated_zone(zone)
5287                 setup_zone_pageset(zone);
5288
5289         for_each_online_pgdat(pgdat)
5290                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5291                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5292 }
5293
5294 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5295 {
5296         /*
5297          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5298          * relies on the ability of the linker to provide the
5299          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5300          */
5301         zone->pageset = &boot_pageset;
5302
5303         if (populated_zone(zone))
5304                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5305                         zone->name, zone->present_pages,
5306                                          zone_batchsize(zone));
5307 }
5308
5309 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5310                                         unsigned long zone_start_pfn,
5311                                         unsigned long size)
5312 {
5313         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5314
5315         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5316
5317         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5318
5319         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5320                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5321                         pgdat->node_id,
5322                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5323                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5324
5325         zone_init_free_lists(zone);
5326         zone->initialized = 1;
5327
5328         return 0;
5329 }
5330
5331 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5332 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5333
5334 /*
5335  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5336  */
5337 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5338                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5339 {
5340         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5341         int nid;
5342
5343         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5344                 return state->last_nid;
5345
5346         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5347         if (nid != -1) {
5348                 state->last_start = start_pfn;
5349                 state->last_end = end_pfn;
5350                 state->last_nid = nid;
5351         }
5352
5353         return nid;
5354 }
5355 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5356
5357 /**
5358  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5359  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5360  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5361  *
5362  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5363  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5364  * memblock_free_early_nid() manually.
5365  */
5366 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5367 {
5368         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5369         int i, this_nid;
5370
5371         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5372                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5373                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5374
5375                 if (start_pfn < end_pfn)
5376                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5377                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5378                                         this_nid);
5379         }
5380 }
5381
5382 /**
5383  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5384  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5385  *
5386  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5387  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5388  */
5389 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5390 {
5391         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5392         int i, this_nid;
5393
5394         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5395                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5396 }
5397
5398 /**
5399  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5400  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5401  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5402  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5403  *
5404  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5405  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5406  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5407  * PFNs will be 0.
5408  */
5409 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5410                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5411 {
5412         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5413         int i;
5414
5415         *start_pfn = -1UL;
5416         *end_pfn = 0;
5417
5418         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5419                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5420                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5421         }
5422
5423         if (*start_pfn == -1UL)
5424                 *start_pfn = 0;
5425 }
5426
5427 /*
5428  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5429  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5430  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5431  */
5432 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5433 {
5434         int zone_index;
5435         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5436                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5437                         continue;
5438
5439                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5440                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5441                         break;
5442         }
5443
5444         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5445         movable_zone = zone_index;
5446 }
5447
5448 /*
5449  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5450  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5451  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5452  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5453  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5454  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5455  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5456  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5457  */
5458 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5459                                         unsigned long zone_type,
5460                                         unsigned long node_start_pfn,
5461                                         unsigned long node_end_pfn,
5462                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5463                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5464 {
5465         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5466         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5467                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5468                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5469                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5470                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5471                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5472
5473                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5474                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5475                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5476                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5477                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5478
5479                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5480                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5481                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5482         }
5483 }
5484
5485 /*
5486  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5487  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5488  */
5489 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5490                                         unsigned long zone_type,
5491                                         unsigned long node_start_pfn,
5492                                         unsigned long node_end_pfn,
5493                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5494                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5495                                         unsigned long *ignored)
5496 {
5497         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5498         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5499                 return 0;
5500
5501         /* Get the start and end of the zone */
5502         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5503         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5504         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5505                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5506                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5507
5508         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5509         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5510                 return 0;
5511
5512         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5513         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5514         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5515
5516         /* Return the spanned pages */
5517         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5518 }
5519
5520 /*
5521  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5522  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5523  */
5524 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5525                                 unsigned long range_start_pfn,
5526                                 unsigned long range_end_pfn)
5527 {
5528         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5529         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5530         int i;
5531
5532         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5533                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5534                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5535                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5536         }
5537         return nr_absent;
5538 }
5539
5540 /**
5541  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5542  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5543  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5544  *
5545  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5546  */
5547 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5548                                                         unsigned long end_pfn)
5549 {
5550         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5551 }
5552
5553 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5554 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5555                                         unsigned long zone_type,
5556                                         unsigned long node_start_pfn,
5557                                         unsigned long node_end_pfn,
5558                                         unsigned long *ignored)
5559 {
5560         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5561         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5562         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5563         unsigned long nr_absent;
5564
5565         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5566         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5567                 return 0;
5568
5569         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5570         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5571
5572         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5573                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5574                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5575         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5576
5577         /*
5578          * ZONE_MOVABLE handling.
5579          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
5580          * and vice versa.
5581          */
5582         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
5583                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5584                 struct memblock_region *r;
5585
5586                 for_each_memblock(memory, r) {
5587                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
5588                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5589                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
5590                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5591
5592                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
5593                             memblock_is_mirror(r))
5594                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5595
5596                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
5597                             !memblock_is_mirror(r))
5598                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
5599                 }
5600         }
5601
5602         return nr_absent;
5603 }
5604
5605 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5606 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5607                                         unsigned long zone_type,
5608                                         unsigned long node_start_pfn,
5609                                         unsigned long node_end_pfn,
5610                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5611                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5612                                         unsigned long *zones_size)
5613 {
5614         unsigned int zone;
5615
5616         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
5617         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
5618                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
5619
5620         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
5621
5622         return zones_size[zone_type];
5623 }
5624
5625 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5626                                                 unsigned long zone_type,
5627                                                 unsigned long node_start_pfn,
5628                                                 unsigned long node_end_pfn,
5629                                                 unsigned long *zholes_size)
5630 {
5631         if (!zholes_size)
5632                 return 0;
5633
5634         return zholes_size[zone_type];
5635 }
5636
5637 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5638
5639 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5640                                                 unsigned long node_start_pfn,
5641                                                 unsigned long node_end_pfn,
5642                                                 unsigned long *zones_size,
5643                                                 unsigned long *zholes_size)
5644 {
5645         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5646         enum zone_type i;
5647
5648         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5649                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5650                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5651                 unsigned long size, real_size;
5652
5653                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5654                                                   node_start_pfn,
5655                                                   node_end_pfn,
5656                                                   &zone_start_pfn,
5657                                                   &zone_end_pfn,
5658                                                   zones_size);
5659                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5660                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5661                                                   zholes_size);
5662                 if (size)
5663                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5664                 else
5665                         zone->zone_start_pfn = 0;
5666                 zone->spanned_pages = size;
5667                 zone->present_pages = real_size;
5668
5669                 totalpages += size;
5670                 realtotalpages += real_size;
5671         }
5672
5673         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5674         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5675         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5676                                                         realtotalpages);
5677 }
5678
5679 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5680 /*
5681  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5682  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5683  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5684  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5685  * bytes.
5686  */
5687 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5688 {
5689         unsigned long usemapsize;
5690
5691         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5692         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5693         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5694         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5695         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5696
5697         return usemapsize / 8;
5698 }
5699
5700 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5701                                 struct zone *zone,
5702                                 unsigned long zone_start_pfn,
5703                                 unsigned long zonesize)
5704 {
5705         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5706         zone->pageblock_flags = NULL;
5707         if (usemapsize)
5708                 zone->pageblock_flags =
5709                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5710                                                          pgdat->node_id);
5711 }
5712 #else
5713 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5714                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5715 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5716
5717 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5718
5719 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5720 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5721 {
5722         unsigned int order;
5723
5724         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5725         if (pageblock_order)
5726                 return;
5727
5728         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5729                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5730         else
5731                 order = MAX_ORDER - 1;
5732
5733         /*
5734          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5735          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5736          * powerpc.
5737          */
5738         pageblock_order = order;
5739 }
5740 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5741
5742 /*
5743  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5744  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5745  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5746  * the kernel config
5747  */
5748 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5749 {
5750 }
5751
5752 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5753
5754 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5755                                                    unsigned long present_pages)
5756 {
5757         unsigned long pages = spanned_pages;
5758
5759         /*
5760          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5761          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5762          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5763          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5764          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5765          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5766          */
5767         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5768             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5769                 pages = present_pages;
5770
5771         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5772 }
5773
5774 /*
5775  * Set up the zone data structures:
5776  *   - mark all pages reserved
5777  *   - mark all memory queues empty
5778  *   - clear the memory bitmaps
5779  *
5780  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5781  */
5782 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5783 {
5784         enum zone_type j;
5785         int nid = pgdat->node_id;
5786         int ret;
5787
5788         pgdat_resize_init(pgdat);
5789 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5790         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5791         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5792         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5793 #endif
5794 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5795         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
5796         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
5797         pgdat->split_queue_len = 0;
5798 #endif
5799         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5800         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5801 #ifdef CONFIG_COMPACTION
5802         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
5803 #endif
5804         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5805         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
5806         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
5807
5808         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5809                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5810                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5811                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
5812
5813                 size = zone->spanned_pages;
5814                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5815
5816                 /*
5817                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5818                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5819                  * and per-cpu initialisations
5820                  */
5821                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5822                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5823                         if (freesize >= memmap_pages) {
5824                                 freesize -= memmap_pages;
5825                                 if (memmap_pages)
5826                                         printk(KERN_DEBUG
5827                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5828                                                zone_names[j], memmap_pages);
5829                         } else
5830                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5831                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5832                 }
5833
5834                 /* Account for reserved pages */
5835                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5836                         freesize -= dma_reserve;
5837                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5838                                         zone_names[0], dma_reserve);
5839                 }
5840
5841                 if (!is_highmem_idx(j))
5842                         nr_kernel_pages += freesize;
5843                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5844                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5845                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5846                 nr_all_pages += freesize;
5847
5848                 /*
5849                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5850                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5851                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5852                  */
5853                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5854 #ifdef CONFIG_NUMA
5855                 zone->node = nid;
5856 #endif
5857                 zone->name = zone_names[j];
5858                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5859                 spin_lock_init(&zone->lock);
5860                 zone_seqlock_init(zone);
5861                 zone_pcp_init(zone);
5862
5863                 if (!size)
5864                         continue;
5865
5866                 set_pageblock_order();
5867                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5868                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5869                 BUG_ON(ret);
5870                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5871         }
5872 }
5873
5874 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5875 {
5876         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5877         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5878
5879         /* Skip empty nodes */
5880         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5881                 return;
5882
5883 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5884         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5885         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5886         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5887         if (!pgdat->node_mem_map) {
5888                 unsigned long size, end;
5889                 struct page *map;
5890
5891                 /*
5892                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5893                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5894                  * for the buddy allocator to function correctly.
5895                  */
5896                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5897                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5898                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5899                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5900                 if (!map)
5901                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5902                                                                pgdat->node_id);
5903                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5904         }
5905 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5906         /*
5907          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5908          */
5909         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5910                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5911 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5912                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5913                         mem_map -= offset;
5914 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5915         }
5916 #endif
5917 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5918 }
5919
5920 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5921                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5922 {
5923         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5924         unsigned long start_pfn = 0;
5925         unsigned long end_pfn = 0;
5926
5927         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5928         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
5929
5930         reset_deferred_meminit(pgdat);
5931         pgdat->node_id = nid;
5932         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5933         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
5934 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5935         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5936         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5937                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5938                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5939 #else
5940         start_pfn = node_start_pfn;
5941 #endif
5942         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5943                                   zones_size, zholes_size);
5944
5945         alloc_node_mem_map(pgdat);
5946 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5947         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5948                 nid, (unsigned long)pgdat,
5949                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5950 #endif
5951
5952         free_area_init_core(pgdat);
5953 }
5954
5955 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5956
5957 #if MAX_NUMNODES > 1
5958 /*
5959  * Figure out the number of possible node ids.
5960  */
5961 void __init setup_nr_node_ids(void)
5962 {
5963         unsigned int highest;
5964
5965         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5966         nr_node_ids = highest + 1;
5967 }
5968 #endif
5969
5970 /**
5971  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5972  *
5973  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5974  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5975  * all the nodes.
5976  *
5977  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5978  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5979  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5980  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5981  *
5982  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5983  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5984  * populated node map.
5985  *
5986  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5987  * requirement (single node).
5988  */
5989 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5990 {
5991         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5992         unsigned long start, end, mask;
5993         int last_nid = -1;
5994         int i, nid;
5995
5996         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5997                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5998                         last_nid = nid;
5999                         last_end = end;
6000                         continue;
6001                 }
6002
6003                 /*
6004                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6005                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6006                  * too coarse to separate the current node from the last.
6007                  */
6008                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6009                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6010                         mask <<= 1;
6011
6012                 /* accumulate all internode masks */
6013                 accl_mask |= mask;
6014         }
6015
6016         /* convert mask to number of pages */
6017         return ~accl_mask + 1;
6018 }
6019
6020 /* Find the lowest pfn for a node */
6021 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6022 {
6023         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6024         unsigned long start_pfn;
6025         int i;
6026
6027         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6028                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6029
6030         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6031                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6032                 return 0;
6033         }
6034
6035         return min_pfn;
6036 }
6037
6038 /**
6039  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6040  *
6041  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6042  * memblock_set_node().
6043  */
6044 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6045 {
6046         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6047 }
6048
6049 /*
6050  * early_calculate_totalpages()
6051  * Sum pages in active regions for movable zone.
6052  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6053  */
6054 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6055 {
6056         unsigned long totalpages = 0;
6057         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6058         int i, nid;
6059
6060         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6061                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6062
6063                 totalpages += pages;
6064                 if (pages)
6065                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6066         }
6067         return totalpages;
6068 }
6069
6070 /*
6071  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6072  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6073  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6074  * others
6075  */
6076 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6077 {
6078         int i, nid;
6079         unsigned long usable_startpfn;
6080         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6081         /* save the state before borrow the nodemask */
6082         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6083         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6084         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6085         struct memblock_region *r;
6086
6087         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6088         find_usable_zone_for_movable();
6089
6090         /*
6091          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6092          * options.
6093          */
6094         if (movable_node_is_enabled()) {
6095                 for_each_memblock(memory, r) {
6096                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6097                                 continue;
6098
6099                         nid = r->nid;
6100
6101                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6102                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6103                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6104                                 usable_startpfn;
6105                 }
6106
6107                 goto out2;
6108         }
6109
6110         /*
6111          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6112          */
6113         if (mirrored_kernelcore) {
6114                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6115
6116                 for_each_memblock(memory, r) {
6117                         if (memblock_is_mirror(r))
6118                                 continue;
6119
6120                         nid = r->nid;
6121
6122                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6123
6124                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6125                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6126                                 continue;
6127                         }
6128
6129                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6130                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6131                                 usable_startpfn;
6132                 }
6133
6134                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6135                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6136
6137                 goto out2;
6138         }
6139
6140         /*
6141          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
6142          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6143          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6144          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6145          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6146          * what movablecore would have allowed.
6147          */
6148         if (required_movablecore) {
6149                 unsigned long corepages;
6150
6151                 /*
6152                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6153                  * was requested by the user
6154                  */
6155                 required_movablecore =
6156                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6157                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6158                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6159
6160                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6161         }
6162
6163         /*
6164          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6165          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6166          */
6167         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6168                 goto out;
6169
6170         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6171         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6172
6173 restart:
6174         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6175         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6176         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6177                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6178
6179                 /*
6180                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6181                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6182                  * amount of memory for the kernel
6183                  */
6184                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6185                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6186
6187                 /*
6188                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6189                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6190                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6191                  */
6192                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6193
6194                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6195                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6196                         unsigned long size_pages;
6197
6198                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6199                         if (start_pfn >= end_pfn)
6200                                 continue;
6201
6202                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6203                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6204                                 unsigned long kernel_pages;
6205                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6206                                                                 - start_pfn;
6207
6208                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6209                                                         kernelcore_remaining);
6210                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6211                                                         required_kernelcore);
6212
6213                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6214                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6215
6216                                         /*
6217                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6218                                          * that if we have to rebalance
6219                                          * kernelcore across nodes, we will
6220                                          * not double account here
6221                                          */
6222                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6223                                         continue;
6224                                 }
6225                                 start_pfn = usable_startpfn;
6226                         }
6227
6228                         /*
6229                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6230                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6231                          * number of pages used as kernelcore
6232                          */
6233                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6234                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6235                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6236                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6237
6238                         /*
6239                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6240                          * break if the kernelcore for this node has been
6241                          * satisfied
6242                          */
6243                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6244                                                                 size_pages);
6245                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6246                         if (!kernelcore_remaining)
6247                                 break;
6248                 }
6249         }
6250
6251         /*
6252          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6253          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6254          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6255          * satisfied
6256          */
6257         usable_nodes--;
6258         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6259                 goto restart;
6260
6261 out2:
6262         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6263         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6264                 zone_movable_pfn[nid] =
6265                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6266
6267 out:
6268         /* restore the node_state */
6269         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6270 }
6271
6272 /* Any regular or high memory on that node ? */
6273 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6274 {
6275         enum zone_type zone_type;
6276
6277         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6278                 return;
6279
6280         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6281                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6282                 if (populated_zone(zone)) {
6283                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6284                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6285                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6286                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6287                         break;
6288                 }
6289         }
6290 }
6291
6292 /**
6293  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6294  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6295  *
6296  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6297  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6298  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6299  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6300  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6301  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6302  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6303  * at arch_max_dma_pfn.
6304  */
6305 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6306 {
6307         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6308         int i, nid;
6309
6310         /* Record where the zone boundaries are */
6311         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6312                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6313         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6314                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6315
6316         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6317
6318         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6319                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6320                         continue;
6321
6322                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6323                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6324                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6325
6326                 start_pfn = end_pfn;
6327         }
6328         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6329         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
6330
6331         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6332         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6333         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6334
6335         /* Print out the zone ranges */
6336         pr_info("Zone ranges:\n");
6337         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6338                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6339                         continue;
6340                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6341                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6342                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6343                         pr_cont("empty\n");
6344                 else
6345                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6346                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6347                                         << PAGE_SHIFT,
6348                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6349                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6350         }
6351
6352         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6353         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6354         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6355                 if (zone_movable_pfn[i])
6356                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6357                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6358         }
6359
6360         /* Print out the early node map */
6361         pr_info("Early memory node ranges\n");
6362         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6363                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6364                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6365                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6366
6367         /* Initialise every node */
6368         mminit_verify_pageflags_layout();
6369         setup_nr_node_ids();
6370         for_each_online_node(nid) {
6371                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6372                 free_area_init_node(nid, NULL,
6373                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6374
6375                 /* Any memory on that node */
6376                 if (pgdat->node_present_pages)
6377                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6378                 check_for_memory(pgdat, nid);
6379         }
6380 }
6381
6382 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
6383 {
6384         unsigned long long coremem;
6385         if (!p)
6386                 return -EINVAL;
6387
6388         coremem = memparse(p, &p);
6389         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6390
6391         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6392         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6393
6394         return 0;
6395 }
6396
6397 /*
6398  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6399  * cannot be reclaimed or migrated.
6400  */
6401 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6402 {
6403         /* parse kernelcore=mirror */
6404         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6405                 mirrored_kernelcore = true;
6406                 return 0;
6407         }
6408
6409         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
6410 }
6411
6412 /*
6413  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6414  * can be reclaimed or migrated.
6415  */
6416 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6417 {
6418         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
6419 }
6420
6421 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6422 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6423
6424 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6425
6426 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6427 {
6428         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6429         page_zone(page)->managed_pages += count;
6430         totalram_pages += count;
6431 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6432         if (PageHighMem(page))
6433                 totalhigh_pages += count;
6434 #endif
6435         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6436 }
6437 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6438
6439 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6440 {
6441         void *pos;
6442         unsigned long pages = 0;
6443
6444         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6445         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6446         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6447                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6448                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
6449                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
6450         }
6451
6452         if (pages && s)
6453                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6454                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6455
6456         return pages;
6457 }
6458 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6459
6460 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6461 void free_highmem_page(struct page *page)
6462 {
6463         __free_reserved_page(page);
6464         totalram_pages++;
6465         page_zone(page)->managed_pages++;
6466         totalhigh_pages++;
6467 }
6468 #endif
6469
6470
6471 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6472 {
6473         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6474         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6475
6476         physpages = get_num_physpages();
6477         codesize = _etext - _stext;
6478         datasize = _edata - _sdata;
6479         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6480         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6481         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6482         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6483
6484         /*
6485          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6486          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6487          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6488          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6489          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6490          */
6491 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6492         do { \
6493                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
6494                         size -= adj; \
6495         } while (0)
6496
6497         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6498                      _sinittext, init_code_size);
6499         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6500         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6501         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6502         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6503
6504 #undef  adj_init_size
6505
6506         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6507 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6508                 ", %luK highmem"
6509 #endif
6510                 "%s%s)\n",
6511                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
6512                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
6513                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
6514                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
6515                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
6516                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6517 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6518                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
6519 #endif
6520                 str ? ", " : "", str ? str : "");
6521 }
6522
6523 /**
6524  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
6525  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
6526  *
6527  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
6528  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
6529  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
6530  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
6531  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
6532  * smaller per-cpu batchsize.
6533  */
6534 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
6535 {
6536         dma_reserve = new_dma_reserve;
6537 }
6538
6539 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
6540 {
6541         free_area_init_node(0, zones_size,
6542                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
6543 }
6544
6545 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6546 {
6547
6548         lru_add_drain_cpu(cpu);
6549         drain_pages(cpu);
6550
6551         /*
6552          * Spill the event counters of the dead processor
6553          * into the current processors event counters.
6554          * This artificially elevates the count of the current
6555          * processor.
6556          */
6557         vm_events_fold_cpu(cpu);
6558
6559         /*
6560          * Zero the differential counters of the dead processor
6561          * so that the vm statistics are consistent.
6562          *
6563          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6564          * race with what we are doing.
6565          */
6566         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6567         return 0;
6568 }
6569
6570 void __init page_alloc_init(void)
6571 {
6572         int ret;
6573
6574         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
6575                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
6576                                         page_alloc_cpu_dead);
6577         WARN_ON(ret < 0);
6578 }
6579
6580 /*
6581  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6582  *      or min_free_kbytes changes.
6583  */
6584 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6585 {
6586         struct pglist_data *pgdat;
6587         unsigned long reserve_pages = 0;
6588         enum zone_type i, j;
6589
6590         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6591
6592                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6593
6594                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6595                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6596                         long max = 0;
6597
6598                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6599                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6600                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6601                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6602                         }
6603
6604                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6605                         max += high_wmark_pages(zone);
6606
6607                         if (max > zone->managed_pages)
6608                                 max = zone->managed_pages;
6609
6610                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6611
6612                         reserve_pages += max;
6613                 }
6614         }
6615         totalreserve_pages = reserve_pages;
6616 }
6617
6618 /*
6619  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6620  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6621  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6622  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6623  */
6624 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6625 {
6626         struct pglist_data *pgdat;
6627         enum zone_type j, idx;
6628
6629         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6630                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6631                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6632                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6633
6634                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6635
6636                         idx = j;
6637                         while (idx) {
6638                                 struct zone *lower_zone;
6639
6640                                 idx--;
6641
6642                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6643                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6644
6645                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6646                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6647                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6648                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6649                         }
6650                 }
6651         }
6652
6653         /* update totalreserve_pages */
6654         calculate_totalreserve_pages();
6655 }
6656
6657 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6658 {
6659         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6660         unsigned long lowmem_pages = 0;
6661         struct zone *zone;
6662         unsigned long flags;
6663
6664         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6665         for_each_zone(zone) {
6666                 if (!is_highmem(zone))
6667                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6668         }
6669
6670         for_each_zone(zone) {
6671                 u64 tmp;
6672
6673                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6674                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6675                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6676                 if (is_highmem(zone)) {
6677                         /*
6678                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6679                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6680                          * value here.
6681                          *
6682                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6683                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6684                          * not be capped for highmem.
6685                          */
6686                         unsigned long min_pages;
6687
6688                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6689                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6690                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6691                 } else {
6692                         /*
6693                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6694                          * proportionate to the zone's size.
6695                          */
6696                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6697                 }
6698
6699                 /*
6700                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6701                  * scale factor in proportion to available memory, but
6702                  * ensure a minimum size on small systems.
6703                  */
6704                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6705                             mult_frac(zone->managed_pages,
6706                                       watermark_scale_factor, 10000));
6707
6708                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6709                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
6710
6711                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6712         }
6713
6714         /* update totalreserve_pages */
6715         calculate_totalreserve_pages();
6716 }
6717
6718 /**
6719  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6720  * or when memory is hot-{added|removed}
6721  *
6722  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6723  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6724  */
6725 void setup_per_zone_wmarks(void)
6726 {
6727         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6728         __setup_per_zone_wmarks();
6729         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6730 }
6731
6732 /*
6733  * Initialise min_free_kbytes.
6734  *
6735  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6736  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6737  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6738  *
6739  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6740  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6741  *
6742  * which yields
6743  *
6744  * 16MB:        512k
6745  * 32MB:        724k
6746  * 64MB:        1024k
6747  * 128MB:       1448k
6748  * 256MB:       2048k
6749  * 512MB:       2896k
6750  * 1024MB:      4096k
6751  * 2048MB:      5792k
6752  * 4096MB:      8192k
6753  * 8192MB:      11584k
6754  * 16384MB:     16384k
6755  */
6756 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6757 {
6758         unsigned long lowmem_kbytes;
6759         int new_min_free_kbytes;
6760
6761         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6762         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6763
6764         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6765                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6766                 if (min_free_kbytes < 128)
6767                         min_free_kbytes = 128;
6768                 if (min_free_kbytes > 65536)
6769                         min_free_kbytes = 65536;
6770         } else {
6771                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6772                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6773         }
6774         setup_per_zone_wmarks();
6775         refresh_zone_stat_thresholds();
6776         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6777
6778 #ifdef CONFIG_NUMA
6779         setup_min_unmapped_ratio();
6780         setup_min_slab_ratio();
6781 #endif
6782
6783         return 0;
6784 }
6785 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6786
6787 /*
6788  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6789  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6790  *      changes.
6791  */
6792 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6793         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6794 {
6795         int rc;
6796
6797         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6798         if (rc)
6799                 return rc;
6800
6801         if (write) {
6802                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6803                 setup_per_zone_wmarks();
6804         }
6805         return 0;
6806 }
6807
6808 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6809         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6810 {
6811         int rc;
6812
6813         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6814         if (rc)
6815                 return rc;
6816
6817         if (write)
6818                 setup_per_zone_wmarks();
6819
6820         return 0;
6821 }
6822
6823 #ifdef CONFIG_NUMA
6824 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6825 {
6826         pg_data_t *pgdat;
6827         struct zone *zone;
6828
6829         for_each_online_pgdat(pgdat)
6830                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6831
6832         for_each_zone(zone)
6833                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
6834                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6835 }
6836
6837
6838 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6839         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6840 {
6841         int rc;
6842
6843         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6844         if (rc)
6845                 return rc;
6846
6847         setup_min_unmapped_ratio();
6848
6849         return 0;
6850 }
6851
6852 static void setup_min_slab_ratio(void)
6853 {
6854         pg_data_t *pgdat;
6855         struct zone *zone;
6856
6857         for_each_online_pgdat(pgdat)
6858                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6859
6860         for_each_zone(zone)
6861                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
6862                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6863 }
6864
6865 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6866         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6867 {
6868         int rc;
6869
6870         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6871         if (rc)
6872                 return rc;
6873
6874         setup_min_slab_ratio();
6875
6876         return 0;
6877 }
6878 #endif
6879
6880 /*
6881  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6882  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6883  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6884  *
6885  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6886  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6887  * if in function of the boot time zone sizes.
6888  */
6889 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6890         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6891 {
6892         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6893         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6894         return 0;
6895 }
6896
6897 /*
6898  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6899  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6900  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6901  */
6902 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6903         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6904 {
6905         struct zone *zone;
6906         int old_percpu_pagelist_fraction;
6907         int ret;
6908
6909         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6910         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6911
6912         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6913         if (!write || ret < 0)
6914                 goto out;
6915
6916         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6917         if (percpu_pagelist_fraction &&
6918             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6919                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6920                 ret = -EINVAL;
6921                 goto out;
6922         }
6923
6924         /* No change? */
6925         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6926                 goto out;
6927
6928         for_each_populated_zone(zone) {
6929                 unsigned int cpu;
6930
6931                 for_each_possible_cpu(cpu)
6932                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6933                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6934         }
6935 out:
6936         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6937         return ret;
6938 }
6939
6940 #ifdef CONFIG_NUMA
6941 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6942
6943 static int __init set_hashdist(char *str)
6944 {
6945         if (!str)
6946                 return 0;
6947         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6948         return 1;
6949 }
6950 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6951 #endif
6952
6953 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
6954 /*
6955  * Returns the number of pages that arch has reserved but
6956  * is not known to alloc_large_system_hash().
6957  */
6958 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
6959 {
6960         return 0;
6961 }
6962 #endif
6963
6964 /*
6965  * allocate a large system hash table from bootmem
6966  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6967  *   quantity of entries
6968  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6969  */
6970 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6971                                      unsigned long bucketsize,
6972                                      unsigned long numentries,
6973                                      int scale,
6974                                      int flags,
6975                                      unsigned int *_hash_shift,
6976                                      unsigned int *_hash_mask,
6977                                      unsigned long low_limit,
6978                                      unsigned long high_limit)
6979 {
6980         unsigned long long max = high_limit;
6981         unsigned long log2qty, size;
6982         void *table = NULL;
6983
6984         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6985         if (!numentries) {
6986                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6987                 numentries = nr_kernel_pages;
6988                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
6989
6990                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6991                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6992                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6993
6994                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6995                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6996                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6997                 else
6998                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6999
7000                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7001                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7002                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7003                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7004                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7005                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7006                                 BUG_ON(!numentries);
7007                         }
7008                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7009                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7010         }
7011         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7012
7013         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7014         if (max == 0) {
7015                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7016                 do_div(max, bucketsize);
7017         }
7018         max = min(max, 0x80000000ULL);
7019
7020         if (numentries < low_limit)
7021                 numentries = low_limit;
7022         if (numentries > max)
7023                 numentries = max;
7024
7025         log2qty = ilog2(numentries);
7026
7027         do {
7028                 size = bucketsize << log2qty;
7029                 if (flags & HASH_EARLY)
7030                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7031                 else if (hashdist)
7032                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
7033                 else {
7034                         /*
7035                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7036                          * some pages at the end of hash table which
7037                          * alloc_pages_exact() automatically does
7038                          */
7039                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7040                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
7041                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
7042                         }
7043                 }
7044         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7045
7046         if (!table)
7047                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7048
7049         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7050                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7051
7052         if (_hash_shift)
7053                 *_hash_shift = log2qty;
7054         if (_hash_mask)
7055                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7056
7057         return table;
7058 }
7059
7060 /*
7061  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7062  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7063  *
7064  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7065  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
7066  * expect this function should be exact.
7067  */
7068 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7069                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7070 {
7071         unsigned long pfn, iter, found;
7072         int mt;
7073
7074         /*
7075          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
7076          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
7077          */
7078         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7079                 return false;
7080         mt = get_pageblock_migratetype(page);
7081         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
7082                 return false;
7083
7084         pfn = page_to_pfn(page);
7085         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7086                 unsigned long check = pfn + iter;
7087
7088                 if (!pfn_valid_within(check))
7089                         continue;
7090
7091                 page = pfn_to_page(check);
7092
7093                 /*
7094                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7095                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7096                  * handle each tail page individually in migration.
7097                  */
7098                 if (PageHuge(page)) {
7099                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7100                         continue;
7101                 }
7102
7103                 /*
7104                  * We can't use page_count without pin a page
7105                  * because another CPU can free compound page.
7106                  * This check already skips compound tails of THP
7107                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7108                  */
7109                 if (!page_ref_count(page)) {
7110                         if (PageBuddy(page))
7111                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7112                         continue;
7113                 }
7114
7115                 /*
7116                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7117                  * page_count() is not 0.
7118                  */
7119                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7120                         continue;
7121
7122                 if (!PageLRU(page))
7123                         found++;
7124                 /*
7125                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7126                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7127                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7128                  */
7129                 /*
7130                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7131                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7132                  *
7133                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7134                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7135                  * page at boot.
7136                  */
7137                 if (found > count)
7138                         return true;
7139         }
7140         return false;
7141 }
7142
7143 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
7144 {
7145         struct zone *zone;
7146         unsigned long pfn;
7147
7148         /*
7149          * We have to be careful here because we are iterating over memory
7150          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
7151          * the zone but still within the section.
7152          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
7153          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
7154          */
7155         if (!node_online(page_to_nid(page)))
7156                 return false;
7157
7158         zone = page_zone(page);
7159         pfn = page_to_pfn(page);
7160         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
7161                 return false;
7162
7163         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
7164 }
7165
7166 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7167
7168 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7169 {
7170         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7171                              pageblock_nr_pages) - 1);
7172 }
7173
7174 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7175 {
7176         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7177                                 pageblock_nr_pages));
7178 }
7179
7180 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7181 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7182                                         unsigned long start, unsigned long end)
7183 {
7184         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7185         unsigned long nr_reclaimed;
7186         unsigned long pfn = start;
7187         unsigned int tries = 0;
7188         int ret = 0;
7189
7190         migrate_prep();
7191
7192         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7193                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7194                         ret = -EINTR;
7195                         break;
7196                 }
7197
7198                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7199                         cc->nr_migratepages = 0;
7200                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7201                         if (!pfn) {
7202                                 ret = -EINTR;
7203                                 break;
7204                         }
7205                         tries = 0;
7206                 } else if (++tries == 5) {
7207                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7208                         break;
7209                 }
7210
7211                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7212                                                         &cc->migratepages);
7213                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7214
7215                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7216                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
7217         }
7218         if (ret < 0) {
7219                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7220                 return ret;
7221         }
7222         return 0;
7223 }
7224
7225 /**
7226  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7227  * @start:      start PFN to allocate
7228  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7229  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7230  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7231  *                      in range must have the same migratetype and it must
7232  *                      be either of the two.
7233  *
7234  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7235  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
7236  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
7237  * pages fall in.
7238  *
7239  * The PFN range must belong to a single zone.
7240  *
7241  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7242  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7243  * need to be freed with free_contig_range().
7244  */
7245 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7246                        unsigned migratetype)
7247 {
7248         unsigned long outer_start, outer_end;
7249         unsigned int order;
7250         int ret = 0;
7251
7252         struct compact_control cc = {
7253                 .nr_migratepages = 0,
7254                 .order = -1,
7255                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7256                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7257                 .ignore_skip_hint = true,
7258         };
7259         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7260
7261         /*
7262          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7263          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7264          * have different sizes, and due to the way page allocator
7265          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7266          * that page allocator won't try to merge buddies from
7267          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7268          * other migration type.
7269          *
7270          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7271          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7272          * we are interested in).  This will put all the pages in
7273          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7274          *
7275          * When this is done, we take the pages in range from page
7276          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7277          * page allocator will never consider using them.
7278          *
7279          * This lets us mark the pageblocks back as
7280          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7281          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7282          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7283          */
7284
7285         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7286                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7287                                        false);
7288         if (ret)
7289                 return ret;
7290
7291         /*
7292          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7293          * So, just fall through. We will check it in test_pages_isolated().
7294          */
7295         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7296         if (ret && ret != -EBUSY)
7297                 goto done;
7298
7299         /*
7300          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7301          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7302          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7303          * What we are going to do is to allocate all pages from
7304          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7305          *
7306          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7307          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7308          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7309          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7310          * once this is done free the pages we are not interested in.
7311          *
7312          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7313          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7314          */
7315
7316         lru_add_drain_all();
7317         drain_all_pages(cc.zone);
7318
7319         order = 0;
7320         outer_start = start;
7321         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7322                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7323                         outer_start = start;
7324                         break;
7325                 }
7326                 outer_start &= ~0UL << order;
7327         }
7328
7329         if (outer_start != start) {
7330                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7331
7332                 /*
7333                  * outer_start page could be small order buddy page and
7334                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7335                  * in this case to report failed page properly
7336                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7337                  */
7338                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7339                         outer_start = start;
7340         }
7341
7342         /* Make sure the range is really isolated. */
7343         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7344                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7345                         __func__, outer_start, end);
7346                 ret = -EBUSY;
7347                 goto done;
7348         }
7349
7350         /* Grab isolated pages from freelists. */
7351         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7352         if (!outer_end) {
7353                 ret = -EBUSY;
7354                 goto done;
7355         }
7356
7357         /* Free head and tail (if any) */
7358         if (start != outer_start)
7359                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7360         if (end != outer_end)
7361                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7362
7363 done:
7364         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7365                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7366         return ret;
7367 }
7368
7369 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7370 {
7371         unsigned int count = 0;
7372
7373         for (; nr_pages--; pfn++) {
7374                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7375
7376                 count += page_count(page) != 1;
7377                 __free_page(page);
7378         }
7379         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7380 }
7381 #endif
7382
7383 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7384 /*
7385  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7386  * page high values need to be recalulated.
7387  */
7388 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7389 {
7390         unsigned cpu;
7391         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7392         for_each_possible_cpu(cpu)
7393                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7394                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7395         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7396 }
7397 #endif
7398
7399 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7400 {
7401         unsigned long flags;
7402         int cpu;
7403         struct per_cpu_pageset *pset;
7404
7405         /* avoid races with drain_pages()  */
7406         local_irq_save(flags);
7407         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7408                 for_each_online_cpu(cpu) {
7409                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7410                         drain_zonestat(zone, pset);
7411                 }
7412                 free_percpu(zone->pageset);
7413                 zone->pageset = &boot_pageset;
7414         }
7415         local_irq_restore(flags);
7416 }
7417
7418 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7419 /*
7420  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7421  * before calling this.
7422  */
7423 void
7424 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7425 {
7426         struct page *page;
7427         struct zone *zone;
7428         unsigned int order, i;
7429         unsigned long pfn;
7430         unsigned long flags;
7431         /* find the first valid pfn */
7432         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7433                 if (pfn_valid(pfn))
7434                         break;
7435         if (pfn == end_pfn)
7436                 return;
7437         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7438         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7439         pfn = start_pfn;
7440         while (pfn < end_pfn) {
7441                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7442                         pfn++;
7443                         continue;
7444                 }
7445                 page = pfn_to_page(pfn);
7446                 /*
7447                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7448                  * page_count() is not 0.
7449                  */
7450                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7451                         pfn++;
7452                         SetPageReserved(page);
7453                         continue;
7454                 }
7455
7456                 BUG_ON(page_count(page));
7457                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7458                 order = page_order(page);
7459 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
7460                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
7461                         pfn, 1 << order, end_pfn);
7462 #endif
7463                 list_del(&page->lru);
7464                 rmv_page_order(page);
7465                 zone->free_area[order].nr_free--;
7466                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
7467                         SetPageReserved((page+i));
7468                 pfn += (1 << order);
7469         }
7470         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7471 }
7472 #endif
7473
7474 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7475 {
7476         struct zone *zone = page_zone(page);
7477         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7478         unsigned long flags;
7479         unsigned int order;
7480
7481         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7482         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
7483                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7484
7485                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
7486                         break;
7487         }
7488         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7489
7490         return order < MAX_ORDER;
7491 }