mm/mmap.c: optimization of do_mmap_pgoff function
[firefly-linux-kernel-4.4.55.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64
65 #include <asm/sections.h>
66 #include <asm/tlbflush.h>
67 #include <asm/div64.h>
68 #include "internal.h"
69
70 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
71 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
72 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
73
74 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
75 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
76 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
77 #endif
78
79 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
80 /*
81  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
82  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
83  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
84  * defined in <linux/topology.h>.
85  */
86 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
87 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
88 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
89 #endif
90
91 /*
92  * Array of node states.
93  */
94 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
95         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
96         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
97 #ifndef CONFIG_NUMA
98         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
100         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #endif
102 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
103         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif
105         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif  /* NUMA */
107 };
108 EXPORT_SYMBOL(node_states);
109
110 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
111 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
112
113 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
114 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
115 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
116 /*
117  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
118  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
119  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
120  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
121  */
122 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
123
124 int percpu_pagelist_fraction;
125 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
126
127 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
128 /*
129  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
130  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
131  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
132  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
133  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
134  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
135  */
136
137 static gfp_t saved_gfp_mask;
138
139 void pm_restore_gfp_mask(void)
140 {
141         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
142         if (saved_gfp_mask) {
143                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
144                 saved_gfp_mask = 0;
145         }
146 }
147
148 void pm_restrict_gfp_mask(void)
149 {
150         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
151         WARN_ON(saved_gfp_mask);
152         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
153         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
154 }
155
156 bool pm_suspended_storage(void)
157 {
158         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
159                 return false;
160         return true;
161 }
162 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
163
164 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
165 int pageblock_order __read_mostly;
166 #endif
167
168 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
169
170 /*
171  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
172  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
173  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
174  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
175  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
176  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
177  *
178  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
179  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
180  */
181 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
182 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
183          256,
184 #endif
185 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
186          256,
187 #endif
188 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
189          32,
190 #endif
191          32,
192 };
193
194 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
195
196 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
197 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
198          "DMA",
199 #endif
200 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
201          "DMA32",
202 #endif
203          "Normal",
204 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
205          "HighMem",
206 #endif
207          "Movable",
208 };
209
210 int min_free_kbytes = 1024;
211 int user_min_free_kbytes = -1;
212
213 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
214 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
215 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
216
217 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
218 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
219 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
220 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
221 static unsigned long __initdata required_movablecore;
222 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
223
224 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
225 int movable_zone;
226 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
227 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
228
229 #if MAX_NUMNODES > 1
230 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
231 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
232 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
233 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
234 #endif
235
236 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
237
238 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
239 {
240         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
241                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
242                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
243
244         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
245                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
246 }
247
248 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
249 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
250 {
251         int ret = 0;
252         unsigned seq;
253         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
254         unsigned long sp, start_pfn;
255
256         do {
257                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
258                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
259                 sp = zone->spanned_pages;
260                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
261                         ret = 1;
262         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
263
264         if (ret)
265                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
266                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
267                         start_pfn, start_pfn + sp);
268
269         return ret;
270 }
271
272 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
273 {
274         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
275                 return 0;
276         if (zone != page_zone(page))
277                 return 0;
278
279         return 1;
280 }
281 /*
282  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
283  */
284 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
285 {
286         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
287                 return 1;
288         if (!page_is_consistent(zone, page))
289                 return 1;
290
291         return 0;
292 }
293 #else
294 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
295 {
296         return 0;
297 }
298 #endif
299
300 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
301                 unsigned long bad_flags)
302 {
303         static unsigned long resume;
304         static unsigned long nr_shown;
305         static unsigned long nr_unshown;
306
307         /* Don't complain about poisoned pages */
308         if (PageHWPoison(page)) {
309                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
310                 return;
311         }
312
313         /*
314          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
315          * or allow a steady drip of one report per second.
316          */
317         if (nr_shown == 60) {
318                 if (time_before(jiffies, resume)) {
319                         nr_unshown++;
320                         goto out;
321                 }
322                 if (nr_unshown) {
323                         printk(KERN_ALERT
324                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
325                                 nr_unshown);
326                         nr_unshown = 0;
327                 }
328                 nr_shown = 0;
329         }
330         if (nr_shown++ == 0)
331                 resume = jiffies + 60 * HZ;
332
333         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
334                 current->comm, page_to_pfn(page));
335         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
336
337         print_modules();
338         dump_stack();
339 out:
340         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
341         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
342         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
343 }
344
345 /*
346  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
347  *
348  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
349  *
350  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
351  *
352  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
353  * pointing at the head page.
354  *
355  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
356  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
357  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
358  */
359
360 static void free_compound_page(struct page *page)
361 {
362         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
363 }
364
365 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
366 {
367         int i;
368         int nr_pages = 1 << order;
369
370         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
371         set_compound_order(page, order);
372         __SetPageHead(page);
373         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
374                 struct page *p = page + i;
375                 set_page_count(p, 0);
376                 p->first_page = page;
377                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
378                 smp_wmb();
379                 __SetPageTail(p);
380         }
381 }
382
383 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
384 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
385 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
386 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
387
388 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
389 {
390         if (!buf)
391                 return -EINVAL;
392
393         if (strcmp(buf, "on") == 0)
394                 _debug_pagealloc_enabled = true;
395
396         return 0;
397 }
398 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
399
400 static bool need_debug_guardpage(void)
401 {
402         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
403         if (!debug_pagealloc_enabled())
404                 return false;
405
406         return true;
407 }
408
409 static void init_debug_guardpage(void)
410 {
411         if (!debug_pagealloc_enabled())
412                 return;
413
414         _debug_guardpage_enabled = true;
415 }
416
417 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
418         .need = need_debug_guardpage,
419         .init = init_debug_guardpage,
420 };
421
422 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
423 {
424         unsigned long res;
425
426         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
427                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
428                 return 0;
429         }
430         _debug_guardpage_minorder = res;
431         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
432         return 0;
433 }
434 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
435
436 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
437                                 unsigned int order, int migratetype)
438 {
439         struct page_ext *page_ext;
440
441         if (!debug_guardpage_enabled())
442                 return;
443
444         page_ext = lookup_page_ext(page);
445         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
446
447         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
448         set_page_private(page, order);
449         /* Guard pages are not available for any usage */
450         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
451 }
452
453 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
454                                 unsigned int order, int migratetype)
455 {
456         struct page_ext *page_ext;
457
458         if (!debug_guardpage_enabled())
459                 return;
460
461         page_ext = lookup_page_ext(page);
462         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
463
464         set_page_private(page, 0);
465         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
466                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
467 }
468 #else
469 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
470 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
471                                 unsigned int order, int migratetype) {}
472 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
473                                 unsigned int order, int migratetype) {}
474 #endif
475
476 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
477 {
478         set_page_private(page, order);
479         __SetPageBuddy(page);
480 }
481
482 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
483 {
484         __ClearPageBuddy(page);
485         set_page_private(page, 0);
486 }
487
488 /*
489  * This function checks whether a page is free && is the buddy
490  * we can do coalesce a page and its buddy if
491  * (a) the buddy is not in a hole &&
492  * (b) the buddy is in the buddy system &&
493  * (c) a page and its buddy have the same order &&
494  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
495  *
496  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
497  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
498  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
499  * serialized by zone->lock.
500  *
501  * For recording page's order, we use page_private(page).
502  */
503 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
504                                                         unsigned int order)
505 {
506         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
507                 return 0;
508
509         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
510                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
511                         return 0;
512
513                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
514
515                 return 1;
516         }
517
518         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
519                 /*
520                  * zone check is done late to avoid uselessly
521                  * calculating zone/node ids for pages that could
522                  * never merge.
523                  */
524                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
525                         return 0;
526
527                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
528
529                 return 1;
530         }
531         return 0;
532 }
533
534 /*
535  * Freeing function for a buddy system allocator.
536  *
537  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
538  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
539  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
540  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
541  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
542  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
543  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
544  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
545  * parts of the VM system.
546  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
547  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
548  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
549  * field.
550  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
551  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
552  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
553  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
554  * triggers coalescing into a block of larger size.
555  *
556  * -- nyc
557  */
558
559 static inline void __free_one_page(struct page *page,
560                 unsigned long pfn,
561                 struct zone *zone, unsigned int order,
562                 int migratetype)
563 {
564         unsigned long page_idx;
565         unsigned long combined_idx;
566         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
567         struct page *buddy;
568         int max_order = MAX_ORDER;
569
570         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
571         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
572
573         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
574         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
575                 /*
576                  * We restrict max order of merging to prevent merge
577                  * between freepages on isolate pageblock and normal
578                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
579                  * could cause incorrect freepage accounting.
580                  */
581                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
582         } else {
583                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
584         }
585
586         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
587
588         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
589         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
590
591         while (order < max_order - 1) {
592                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
593                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
594                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
595                         break;
596                 /*
597                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
598                  * merge with it and move up one order.
599                  */
600                 if (page_is_guard(buddy)) {
601                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
602                 } else {
603                         list_del(&buddy->lru);
604                         zone->free_area[order].nr_free--;
605                         rmv_page_order(buddy);
606                 }
607                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
608                 page = page + (combined_idx - page_idx);
609                 page_idx = combined_idx;
610                 order++;
611         }
612         set_page_order(page, order);
613
614         /*
615          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
616          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
617          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
618          * that is happening, add the free page to the tail of the list
619          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
620          * as a higher order page
621          */
622         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
623                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
624                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
625                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
626                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
627                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
628                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
629                         list_add_tail(&page->lru,
630                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
631                         goto out;
632                 }
633         }
634
635         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
636 out:
637         zone->free_area[order].nr_free++;
638 }
639
640 static inline int free_pages_check(struct page *page)
641 {
642         const char *bad_reason = NULL;
643         unsigned long bad_flags = 0;
644
645         if (unlikely(page_mapcount(page)))
646                 bad_reason = "nonzero mapcount";
647         if (unlikely(page->mapping != NULL))
648                 bad_reason = "non-NULL mapping";
649         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
650                 bad_reason = "nonzero _count";
651         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
652                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
653                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
654         }
655 #ifdef CONFIG_MEMCG
656         if (unlikely(page->mem_cgroup))
657                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
658 #endif
659         if (unlikely(bad_reason)) {
660                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
661                 return 1;
662         }
663         page_cpupid_reset_last(page);
664         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
665                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
666         return 0;
667 }
668
669 /*
670  * Frees a number of pages from the PCP lists
671  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
672  * count is the number of pages to free.
673  *
674  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
675  * see if this freeing clears that state.
676  *
677  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
678  * pinned" detection logic.
679  */
680 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
681                                         struct per_cpu_pages *pcp)
682 {
683         int migratetype = 0;
684         int batch_free = 0;
685         int to_free = count;
686         unsigned long nr_scanned;
687
688         spin_lock(&zone->lock);
689         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
690         if (nr_scanned)
691                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
692
693         while (to_free) {
694                 struct page *page;
695                 struct list_head *list;
696
697                 /*
698                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
699                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
700                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
701                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
702                  * lists
703                  */
704                 do {
705                         batch_free++;
706                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
707                                 migratetype = 0;
708                         list = &pcp->lists[migratetype];
709                 } while (list_empty(list));
710
711                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
712                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
713                         batch_free = to_free;
714
715                 do {
716                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
717
718                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
719                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
720                         list_del(&page->lru);
721                         mt = get_freepage_migratetype(page);
722                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
723                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
724
725                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
726                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
727                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
728                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
729         }
730         spin_unlock(&zone->lock);
731 }
732
733 static void free_one_page(struct zone *zone,
734                                 struct page *page, unsigned long pfn,
735                                 unsigned int order,
736                                 int migratetype)
737 {
738         unsigned long nr_scanned;
739         spin_lock(&zone->lock);
740         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
741         if (nr_scanned)
742                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
743
744         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
745                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
746                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
747         }
748         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
749         spin_unlock(&zone->lock);
750 }
751
752 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
753 {
754         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
755                 return 0;
756         if (unlikely(!PageTail(page))) {
757                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
758                 return 1;
759         }
760         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
761                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
762                 return 1;
763         }
764         return 0;
765 }
766
767 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
768 {
769         bool compound = PageCompound(page);
770         int i, bad = 0;
771
772         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
773         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
774
775         trace_mm_page_free(page, order);
776         kmemcheck_free_shadow(page, order);
777         kasan_free_pages(page, order);
778
779         if (PageAnon(page))
780                 page->mapping = NULL;
781         bad += free_pages_check(page);
782         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
783                 if (compound)
784                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
785                 bad += free_pages_check(page + i);
786         }
787         if (bad)
788                 return false;
789
790         reset_page_owner(page, order);
791
792         if (!PageHighMem(page)) {
793                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
794                                            PAGE_SIZE << order);
795                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
796                                            PAGE_SIZE << order);
797         }
798         arch_free_page(page, order);
799         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
800
801         return true;
802 }
803
804 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
805 {
806         unsigned long flags;
807         int migratetype;
808         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
809
810         if (!free_pages_prepare(page, order))
811                 return;
812
813         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
814         local_irq_save(flags);
815         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
816         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
817         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
818         local_irq_restore(flags);
819 }
820
821 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
822 {
823         unsigned int nr_pages = 1 << order;
824         struct page *p = page;
825         unsigned int loop;
826
827         prefetchw(p);
828         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
829                 prefetchw(p + 1);
830                 __ClearPageReserved(p);
831                 set_page_count(p, 0);
832         }
833         __ClearPageReserved(p);
834         set_page_count(p, 0);
835
836         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
837         set_page_refcounted(page);
838         __free_pages(page, order);
839 }
840
841 #ifdef CONFIG_CMA
842 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
843 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
844 {
845         unsigned i = pageblock_nr_pages;
846         struct page *p = page;
847
848         do {
849                 __ClearPageReserved(p);
850                 set_page_count(p, 0);
851         } while (++p, --i);
852
853         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
854
855         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
856                 i = pageblock_nr_pages;
857                 p = page;
858                 do {
859                         set_page_refcounted(p);
860                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
861                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
862                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
863         } else {
864                 set_page_refcounted(page);
865                 __free_pages(page, pageblock_order);
866         }
867
868         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
869 }
870 #endif
871
872 /*
873  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
874  * Please do not alter this order without good reasons and regression
875  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
876  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
877  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
878  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
879  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
880  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
881  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
882  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
883  *
884  * -- nyc
885  */
886 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
887         int low, int high, struct free_area *area,
888         int migratetype)
889 {
890         unsigned long size = 1 << high;
891
892         while (high > low) {
893                 area--;
894                 high--;
895                 size >>= 1;
896                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
897
898                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
899                         debug_guardpage_enabled() &&
900                         high < debug_guardpage_minorder()) {
901                         /*
902                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
903                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
904                          * Corresponding page table entries will not be touched,
905                          * pages will stay not present in virtual address space
906                          */
907                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
908                         continue;
909                 }
910                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
911                 area->nr_free++;
912                 set_page_order(&page[size], high);
913         }
914 }
915
916 /*
917  * This page is about to be returned from the page allocator
918  */
919 static inline int check_new_page(struct page *page)
920 {
921         const char *bad_reason = NULL;
922         unsigned long bad_flags = 0;
923
924         if (unlikely(page_mapcount(page)))
925                 bad_reason = "nonzero mapcount";
926         if (unlikely(page->mapping != NULL))
927                 bad_reason = "non-NULL mapping";
928         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
929                 bad_reason = "nonzero _count";
930         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
931                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
932                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
933         }
934 #ifdef CONFIG_MEMCG
935         if (unlikely(page->mem_cgroup))
936                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
937 #endif
938         if (unlikely(bad_reason)) {
939                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
940                 return 1;
941         }
942         return 0;
943 }
944
945 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
946                                                                 int alloc_flags)
947 {
948         int i;
949
950         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
951                 struct page *p = page + i;
952                 if (unlikely(check_new_page(p)))
953                         return 1;
954         }
955
956         set_page_private(page, 0);
957         set_page_refcounted(page);
958
959         arch_alloc_page(page, order);
960         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
961         kasan_alloc_pages(page, order);
962
963         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
964                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
965                         clear_highpage(page + i);
966
967         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
968                 prep_compound_page(page, order);
969
970         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
971
972         /*
973          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
974          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
975          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
976          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
977          */
978         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
979
980         return 0;
981 }
982
983 /*
984  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
985  * the smallest available page from the freelists
986  */
987 static inline
988 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
989                                                 int migratetype)
990 {
991         unsigned int current_order;
992         struct free_area *area;
993         struct page *page;
994
995         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
996         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
997                 area = &(zone->free_area[current_order]);
998                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
999                         continue;
1000
1001                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1002                                                         struct page, lru);
1003                 list_del(&page->lru);
1004                 rmv_page_order(page);
1005                 area->nr_free--;
1006                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1007                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1008                 return page;
1009         }
1010
1011         return NULL;
1012 }
1013
1014
1015 /*
1016  * This array describes the order lists are fallen back to when
1017  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1018  */
1019 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1020         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1021         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1022         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1023 #ifdef CONFIG_CMA
1024         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1025 #endif
1026         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1027 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1028         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1029 #endif
1030 };
1031
1032 #ifdef CONFIG_CMA
1033 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1034                                         unsigned int order)
1035 {
1036         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1037 }
1038 #else
1039 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1040                                         unsigned int order) { return NULL; }
1041 #endif
1042
1043 /*
1044  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1045  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1046  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1047  */
1048 int move_freepages(struct zone *zone,
1049                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1050                           int migratetype)
1051 {
1052         struct page *page;
1053         unsigned long order;
1054         int pages_moved = 0;
1055
1056 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1057         /*
1058          * page_zone is not safe to call in this context when
1059          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1060          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1061          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1062          * grouping pages by mobility
1063          */
1064         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1065 #endif
1066
1067         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1068                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1069                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1070
1071                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1072                         page++;
1073                         continue;
1074                 }
1075
1076                 if (!PageBuddy(page)) {
1077                         page++;
1078                         continue;
1079                 }
1080
1081                 order = page_order(page);
1082                 list_move(&page->lru,
1083                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1084                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1085                 page += 1 << order;
1086                 pages_moved += 1 << order;
1087         }
1088
1089         return pages_moved;
1090 }
1091
1092 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1093                                 int migratetype)
1094 {
1095         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1096         struct page *start_page, *end_page;
1097
1098         start_pfn = page_to_pfn(page);
1099         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1100         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1101         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1102         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1103
1104         /* Do not cross zone boundaries */
1105         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1106                 start_page = page;
1107         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1108                 return 0;
1109
1110         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1111 }
1112
1113 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1114                                         int start_order, int migratetype)
1115 {
1116         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1117
1118         while (nr_pageblocks--) {
1119                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1120                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1121         }
1122 }
1123
1124 /*
1125  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1126  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1127  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1128  *
1129  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1130  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1131  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1132  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1133  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1134  * pageblocks.
1135  */
1136 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1137 {
1138         /*
1139          * Leaving this order check is intended, although there is
1140          * relaxed order check in next check. The reason is that
1141          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1142          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1143          * so could be changed anytime.
1144          */
1145         if (order >= pageblock_order)
1146                 return true;
1147
1148         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1149                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1150                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1151                 page_group_by_mobility_disabled)
1152                 return true;
1153
1154         return false;
1155 }
1156
1157 /*
1158  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1159  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1160  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1161  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1162  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1163  */
1164 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1165                                                           int start_type)
1166 {
1167         int current_order = page_order(page);
1168         int pages;
1169
1170         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1171         if (current_order >= pageblock_order) {
1172                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1173                 return;
1174         }
1175
1176         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1177
1178         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1179         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1180                         page_group_by_mobility_disabled)
1181                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1186  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1187  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1188  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1189  */
1190 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1191                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1192 {
1193         int i;
1194         int fallback_mt;
1195
1196         if (area->nr_free == 0)
1197                 return -1;
1198
1199         *can_steal = false;
1200         for (i = 0;; i++) {
1201                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1202                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1203                         break;
1204
1205                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1206                         continue;
1207
1208                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1209                         *can_steal = true;
1210
1211                 if (!only_stealable)
1212                         return fallback_mt;
1213
1214                 if (*can_steal)
1215                         return fallback_mt;
1216         }
1217
1218         return -1;
1219 }
1220
1221 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1222 static inline struct page *
1223 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1224 {
1225         struct free_area *area;
1226         unsigned int current_order;
1227         struct page *page;
1228         int fallback_mt;
1229         bool can_steal;
1230
1231         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1232         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1233                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1234                                 --current_order) {
1235                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1236                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1237                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1238                 if (fallback_mt == -1)
1239                         continue;
1240
1241                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1242                                                 struct page, lru);
1243                 if (can_steal)
1244                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1245
1246                 /* Remove the page from the freelists */
1247                 area->nr_free--;
1248                 list_del(&page->lru);
1249                 rmv_page_order(page);
1250
1251                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1252                                         start_migratetype);
1253                 /*
1254                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1255                  * migratetype depending on the decisions in
1256                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1257                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1258                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1259                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1260                  */
1261                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1262
1263                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1264                         start_migratetype, fallback_mt);
1265
1266                 return page;
1267         }
1268
1269         return NULL;
1270 }
1271
1272 /*
1273  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1274  * Call me with the zone->lock already held.
1275  */
1276 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1277                                                 int migratetype)
1278 {
1279         struct page *page;
1280
1281 retry_reserve:
1282         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1283
1284         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1285                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1286                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1287
1288                 if (!page)
1289                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1290
1291                 /*
1292                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1293                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1294                  * and we want just one call site
1295                  */
1296                 if (!page) {
1297                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1298                         goto retry_reserve;
1299                 }
1300         }
1301
1302         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1303         return page;
1304 }
1305
1306 /*
1307  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1308  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1309  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1310  */
1311 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1312                         unsigned long count, struct list_head *list,
1313                         int migratetype, bool cold)
1314 {
1315         int i;
1316
1317         spin_lock(&zone->lock);
1318         for (i = 0; i < count; ++i) {
1319                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1320                 if (unlikely(page == NULL))
1321                         break;
1322
1323                 /*
1324                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1325                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1326                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1327                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1328                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1329                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1330                  * properly.
1331                  */
1332                 if (likely(!cold))
1333                         list_add(&page->lru, list);
1334                 else
1335                         list_add_tail(&page->lru, list);
1336                 list = &page->lru;
1337                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1338                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1339                                               -(1 << order));
1340         }
1341         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1342         spin_unlock(&zone->lock);
1343         return i;
1344 }
1345
1346 #ifdef CONFIG_NUMA
1347 /*
1348  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1349  * currently executing processor on remote nodes after they have
1350  * expired.
1351  *
1352  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1353  * a single processor.
1354  */
1355 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1356 {
1357         unsigned long flags;
1358         int to_drain, batch;
1359
1360         local_irq_save(flags);
1361         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1362         to_drain = min(pcp->count, batch);
1363         if (to_drain > 0) {
1364                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1365                 pcp->count -= to_drain;
1366         }
1367         local_irq_restore(flags);
1368 }
1369 #endif
1370
1371 /*
1372  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1373  *
1374  * The processor must either be the current processor and the
1375  * thread pinned to the current processor or a processor that
1376  * is not online.
1377  */
1378 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1379 {
1380         unsigned long flags;
1381         struct per_cpu_pageset *pset;
1382         struct per_cpu_pages *pcp;
1383
1384         local_irq_save(flags);
1385         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1386
1387         pcp = &pset->pcp;
1388         if (pcp->count) {
1389                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1390                 pcp->count = 0;
1391         }
1392         local_irq_restore(flags);
1393 }
1394
1395 /*
1396  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1397  *
1398  * The processor must either be the current processor and the
1399  * thread pinned to the current processor or a processor that
1400  * is not online.
1401  */
1402 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1403 {
1404         struct zone *zone;
1405
1406         for_each_populated_zone(zone) {
1407                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1408         }
1409 }
1410
1411 /*
1412  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1413  *
1414  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1415  * the single zone's pages.
1416  */
1417 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1418 {
1419         int cpu = smp_processor_id();
1420
1421         if (zone)
1422                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1423         else
1424                 drain_pages(cpu);
1425 }
1426
1427 /*
1428  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1429  *
1430  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1431  *
1432  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1433  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1434  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1435  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1436  * before the call to on_each_cpu_mask().
1437  */
1438 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1439 {
1440         int cpu;
1441
1442         /*
1443          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1444          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1445          */
1446         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1447
1448         /*
1449          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1450          * as offline notification will cause the notified
1451          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1452          * disables preemption as part of its processing
1453          */
1454         for_each_online_cpu(cpu) {
1455                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1456                 struct zone *z;
1457                 bool has_pcps = false;
1458
1459                 if (zone) {
1460                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1461                         if (pcp->pcp.count)
1462                                 has_pcps = true;
1463                 } else {
1464                         for_each_populated_zone(z) {
1465                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1466                                 if (pcp->pcp.count) {
1467                                         has_pcps = true;
1468                                         break;
1469                                 }
1470                         }
1471                 }
1472
1473                 if (has_pcps)
1474                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1475                 else
1476                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1477         }
1478         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1479                                                                 zone, 1);
1480 }
1481
1482 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1483
1484 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1485 {
1486         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1487         unsigned long flags;
1488         unsigned int order, t;
1489         struct list_head *curr;
1490
1491         if (zone_is_empty(zone))
1492                 return;
1493
1494         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1495
1496         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1497         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1498                 if (pfn_valid(pfn)) {
1499                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1500
1501                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1502                                 swsusp_unset_page_free(page);
1503                 }
1504
1505         for_each_migratetype_order(order, t) {
1506                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1507                         unsigned long i;
1508
1509                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1510                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1511                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1512                 }
1513         }
1514         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1515 }
1516 #endif /* CONFIG_PM */
1517
1518 /*
1519  * Free a 0-order page
1520  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1521  */
1522 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1523 {
1524         struct zone *zone = page_zone(page);
1525         struct per_cpu_pages *pcp;
1526         unsigned long flags;
1527         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1528         int migratetype;
1529
1530         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1531                 return;
1532
1533         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1534         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1535         local_irq_save(flags);
1536         __count_vm_event(PGFREE);
1537
1538         /*
1539          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1540          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1541          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1542          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1543          * excessively into the page allocator
1544          */
1545         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1546                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1547                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1548                         goto out;
1549                 }
1550                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1551         }
1552
1553         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1554         if (!cold)
1555                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1556         else
1557                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1558         pcp->count++;
1559         if (pcp->count >= pcp->high) {
1560                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1561                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1562                 pcp->count -= batch;
1563         }
1564
1565 out:
1566         local_irq_restore(flags);
1567 }
1568
1569 /*
1570  * Free a list of 0-order pages
1571  */
1572 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1573 {
1574         struct page *page, *next;
1575
1576         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1577                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1578                 free_hot_cold_page(page, cold);
1579         }
1580 }
1581
1582 /*
1583  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1584  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1585  * Each sub-page must be freed individually.
1586  *
1587  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1588  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1589  */
1590 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1591 {
1592         int i;
1593
1594         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1595         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1596
1597 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1598         /*
1599          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1600          * otherwise free the whole shadow.
1601          */
1602         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1603                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1604 #endif
1605
1606         set_page_owner(page, 0, 0);
1607         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1608                 set_page_refcounted(page + i);
1609                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1610         }
1611 }
1612 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1613
1614 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1615 {
1616         unsigned long watermark;
1617         struct zone *zone;
1618         int mt;
1619
1620         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1621
1622         zone = page_zone(page);
1623         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1624
1625         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1626                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1627                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1628                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1629                         return 0;
1630
1631                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1632         }
1633
1634         /* Remove page from free list */
1635         list_del(&page->lru);
1636         zone->free_area[order].nr_free--;
1637         rmv_page_order(page);
1638
1639         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1640         if (order >= pageblock_order - 1) {
1641                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1642                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1643                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1644                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1645                                 set_pageblock_migratetype(page,
1646                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1647                 }
1648         }
1649
1650         set_page_owner(page, order, 0);
1651         return 1UL << order;
1652 }
1653
1654 /*
1655  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1656  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1657  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1658  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1659  * are enabled.
1660  *
1661  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1662  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1663  */
1664 int split_free_page(struct page *page)
1665 {
1666         unsigned int order;
1667         int nr_pages;
1668
1669         order = page_order(page);
1670
1671         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1672         if (!nr_pages)
1673                 return 0;
1674
1675         /* Split into individual pages */
1676         set_page_refcounted(page);
1677         split_page(page, order);
1678         return nr_pages;
1679 }
1680
1681 /*
1682  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
1683  */
1684 static inline
1685 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1686                         struct zone *zone, unsigned int order,
1687                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1688 {
1689         unsigned long flags;
1690         struct page *page;
1691         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1692
1693         if (likely(order == 0)) {
1694                 struct per_cpu_pages *pcp;
1695                 struct list_head *list;
1696
1697                 local_irq_save(flags);
1698                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1699                 list = &pcp->lists[migratetype];
1700                 if (list_empty(list)) {
1701                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1702                                         pcp->batch, list,
1703                                         migratetype, cold);
1704                         if (unlikely(list_empty(list)))
1705                                 goto failed;
1706                 }
1707
1708                 if (cold)
1709                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1710                 else
1711                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1712
1713                 list_del(&page->lru);
1714                 pcp->count--;
1715         } else {
1716                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1717                         /*
1718                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1719                          *
1720                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1721                          * properly detect and handle allocation failures.
1722                          *
1723                          * We most definitely don't want callers attempting to
1724                          * allocate greater than order-1 page units with
1725                          * __GFP_NOFAIL.
1726                          */
1727                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1728                 }
1729                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1730                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1731                 spin_unlock(&zone->lock);
1732                 if (!page)
1733                         goto failed;
1734                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1735                                           get_freepage_migratetype(page));
1736         }
1737
1738         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1739         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1740             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1741                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1742
1743         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1744         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1745         local_irq_restore(flags);
1746
1747         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1748         return page;
1749
1750 failed:
1751         local_irq_restore(flags);
1752         return NULL;
1753 }
1754
1755 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1756
1757 static struct {
1758         struct fault_attr attr;
1759
1760         u32 ignore_gfp_highmem;
1761         u32 ignore_gfp_wait;
1762         u32 min_order;
1763 } fail_page_alloc = {
1764         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1765         .ignore_gfp_wait = 1,
1766         .ignore_gfp_highmem = 1,
1767         .min_order = 1,
1768 };
1769
1770 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1771 {
1772         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1773 }
1774 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1775
1776 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1777 {
1778         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1779                 return false;
1780         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1781                 return false;
1782         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1783                 return false;
1784         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1785                 return false;
1786
1787         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1788 }
1789
1790 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1791
1792 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1793 {
1794         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1795         struct dentry *dir;
1796
1797         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1798                                         &fail_page_alloc.attr);
1799         if (IS_ERR(dir))
1800                 return PTR_ERR(dir);
1801
1802         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1803                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1804                 goto fail;
1805         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1806                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1807                 goto fail;
1808         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1809                                 &fail_page_alloc.min_order))
1810                 goto fail;
1811
1812         return 0;
1813 fail:
1814         debugfs_remove_recursive(dir);
1815
1816         return -ENOMEM;
1817 }
1818
1819 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1820
1821 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1822
1823 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1824
1825 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1826 {
1827         return false;
1828 }
1829
1830 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1831
1832 /*
1833  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1834  * of the allocation.
1835  */
1836 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1837                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1838                         long free_pages)
1839 {
1840         /* free_pages may go negative - that's OK */
1841         long min = mark;
1842         int o;
1843         long free_cma = 0;
1844
1845         free_pages -= (1 << order) - 1;
1846         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1847                 min -= min / 2;
1848         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1849                 min -= min / 4;
1850 #ifdef CONFIG_CMA
1851         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1852         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1853                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1854 #endif
1855
1856         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1857                 return false;
1858         for (o = 0; o < order; o++) {
1859                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1860                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1861
1862                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1863                 min >>= 1;
1864
1865                 if (free_pages <= min)
1866                         return false;
1867         }
1868         return true;
1869 }
1870
1871 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1872                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1873 {
1874         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1875                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1876 }
1877
1878 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1879                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1880 {
1881         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1882
1883         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1884                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1885
1886         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1887                                                                 free_pages);
1888 }
1889
1890 #ifdef CONFIG_NUMA
1891 /*
1892  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1893  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1894  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1895  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1896  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1897  *
1898  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1899  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1900  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1901  *
1902  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1903  * nothing and returns NULL.
1904  *
1905  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1906  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1907  *
1908  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1909  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1910  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1911  * quickly as we can.
1912  */
1913 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1914 {
1915         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1916         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1917
1918         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1919         if (!zlc)
1920                 return NULL;
1921
1922         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1923                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1924                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1925         }
1926
1927         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1928                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1929                                         &node_states[N_MEMORY];
1930         return allowednodes;
1931 }
1932
1933 /*
1934  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1935  * if it is worth looking at further for free memory:
1936  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1937  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1938  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1939  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1940  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1941  * else return false (zero) if it is not.
1942  *
1943  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1944  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1945  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1946  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1947  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1948  * into the second scan of the zonelist.
1949  *
1950  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1951  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1952  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1953  * unturned looking for a free page.
1954  */
1955 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1956                                                 nodemask_t *allowednodes)
1957 {
1958         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1959         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1960         int n;                          /* node that zone *z is on */
1961
1962         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1963         if (!zlc)
1964                 return 1;
1965
1966         i = z - zonelist->_zonerefs;
1967         n = zlc->z_to_n[i];
1968
1969         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1970         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1971 }
1972
1973 /*
1974  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1975  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1976  * from that zone don't waste time re-examining it.
1977  */
1978 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1979 {
1980         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1981         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1982
1983         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1984         if (!zlc)
1985                 return;
1986
1987         i = z - zonelist->_zonerefs;
1988
1989         set_bit(i, zlc->fullzones);
1990 }
1991
1992 /*
1993  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1994  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1995  */
1996 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1997 {
1998         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1999
2000         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2001         if (!zlc)
2002                 return;
2003
2004         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2005 }
2006
2007 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2008 {
2009         return local_zone->node == zone->node;
2010 }
2011
2012 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2013 {
2014         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2015                                 RECLAIM_DISTANCE;
2016 }
2017
2018 #else   /* CONFIG_NUMA */
2019
2020 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2021 {
2022         return NULL;
2023 }
2024
2025 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2026                                 nodemask_t *allowednodes)
2027 {
2028         return 1;
2029 }
2030
2031 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2032 {
2033 }
2034
2035 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2036 {
2037 }
2038
2039 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2040 {
2041         return true;
2042 }
2043
2044 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2045 {
2046         return true;
2047 }
2048
2049 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2050
2051 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2052 {
2053         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2054
2055         do {
2056                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2057                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2058                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2059                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2060         } while (zone++ != preferred_zone);
2061 }
2062
2063 /*
2064  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2065  * a page.
2066  */
2067 static struct page *
2068 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2069                                                 const struct alloc_context *ac)
2070 {
2071         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2072         struct zoneref *z;
2073         struct page *page = NULL;
2074         struct zone *zone;
2075         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2076         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2077         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2078         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2079                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2080         int nr_fair_skipped = 0;
2081         bool zonelist_rescan;
2082
2083 zonelist_scan:
2084         zonelist_rescan = false;
2085
2086         /*
2087          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2088          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2089          */
2090         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2091                                                                 ac->nodemask) {
2092                 unsigned long mark;
2093
2094                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2095                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2096                                 continue;
2097                 if (cpusets_enabled() &&
2098                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2099                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2100                                 continue;
2101                 /*
2102                  * Distribute pages in proportion to the individual
2103                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2104                  * page was allocated in should have no effect on the
2105                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2106                  */
2107                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2108                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2109                                 break;
2110                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2111                                 nr_fair_skipped++;
2112                                 continue;
2113                         }
2114                 }
2115                 /*
2116                  * When allocating a page cache page for writing, we
2117                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2118                  * limit, such that no single zone holds more than its
2119                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2120                  * The dirty limits take into account the zone's
2121                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2122                  * should be able to balance it without having to
2123                  * write pages from its LRU list.
2124                  *
2125                  * This may look like it could increase pressure on
2126                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2127                  * before they are full.  But the pages that do spill
2128                  * over are limited as the lower zones are protected
2129                  * by this very same mechanism.  It should not become
2130                  * a practical burden to them.
2131                  *
2132                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2133                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2134                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2135                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2136                  * zones are together not big enough to reach the
2137                  * global limit.  The proper fix for these situations
2138                  * will require awareness of zones in the
2139                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2140                  */
2141                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2142                         continue;
2143
2144                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2145                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2146                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2147                         int ret;
2148
2149                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2150                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2151                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2152                                 goto try_this_zone;
2153
2154                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2155                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2156                                 /*
2157                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2158                                  * and before considering the first zone allowed
2159                                  * by the cpuset.
2160                                  */
2161                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2162                                 zlc_active = 1;
2163                                 did_zlc_setup = 1;
2164                         }
2165
2166                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2167                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2168                                 goto this_zone_full;
2169
2170                         /*
2171                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2172                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2173                          */
2174                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2175                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2176                                 continue;
2177
2178                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2179                         switch (ret) {
2180                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2181                                 /* did not scan */
2182                                 continue;
2183                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2184                                 /* scanned but unreclaimable */
2185                                 continue;
2186                         default:
2187                                 /* did we reclaim enough */
2188                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2189                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2190                                         goto try_this_zone;
2191
2192                                 /*
2193                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2194                                  * Only mark the zone full if checking the min
2195                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2196                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2197                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2198                                  * when the watermark is between the low and
2199                                  * min watermarks.
2200                                  */
2201                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2202                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2203                                         goto this_zone_full;
2204
2205                                 continue;
2206                         }
2207                 }
2208
2209 try_this_zone:
2210                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2211                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2212                 if (page) {
2213                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2214                                 goto try_this_zone;
2215                         return page;
2216                 }
2217 this_zone_full:
2218                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2219                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2220         }
2221
2222         /*
2223          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2224          * local node.  However, the local node might have free pages left
2225          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2226          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2227          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2228          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2229          */
2230         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2231                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2232                 if (nr_fair_skipped) {
2233                         zonelist_rescan = true;
2234                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2235                 }
2236                 if (nr_online_nodes > 1)
2237                         zonelist_rescan = true;
2238         }
2239
2240         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2241                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2242                 zlc_active = 0;
2243                 zonelist_rescan = true;
2244         }
2245
2246         if (zonelist_rescan)
2247                 goto zonelist_scan;
2248
2249         return NULL;
2250 }
2251
2252 /*
2253  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2254  * meminfo in irq context.
2255  */
2256 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2257 {
2258         bool ret = false;
2259
2260 #if NODES_SHIFT > 8
2261         ret = in_interrupt();
2262 #endif
2263         return ret;
2264 }
2265
2266 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2267                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2268                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2269
2270 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2271 {
2272         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2273
2274         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2275             debug_guardpage_minorder() > 0)
2276                 return;
2277
2278         /*
2279          * This documents exceptions given to allocations in certain
2280          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2281          * of allowed nodes.
2282          */
2283         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2284                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2285                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2286                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2287         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2288                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2289
2290         if (fmt) {
2291                 struct va_format vaf;
2292                 va_list args;
2293
2294                 va_start(args, fmt);
2295
2296                 vaf.fmt = fmt;
2297                 vaf.va = &args;
2298
2299                 pr_warn("%pV", &vaf);
2300
2301                 va_end(args);
2302         }
2303
2304         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2305                 current->comm, order, gfp_mask);
2306
2307         dump_stack();
2308         if (!should_suppress_show_mem())
2309                 show_mem(filter);
2310 }
2311
2312 static inline struct page *
2313 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2314         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2315 {
2316         struct page *page;
2317
2318         *did_some_progress = 0;
2319
2320         /*
2321          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2322          * making progress for us.
2323          */
2324         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2325                 *did_some_progress = 1;
2326                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2327                 return NULL;
2328         }
2329
2330         /*
2331          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2332          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2333          * we're still under heavy pressure.
2334          */
2335         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2336                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2337         if (page)
2338                 goto out;
2339
2340         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2341                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2342                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2343                         goto out;
2344                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2345                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2346                         goto out;
2347                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2348                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2349                         goto out;
2350                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2351                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2352                         /*
2353                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2354                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2355                          * keep looping as per tradition.
2356                          */
2357                         *did_some_progress = 1;
2358                         goto out;
2359                 }
2360                 if (pm_suspended_storage())
2361                         goto out;
2362                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2363                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2364                         goto out;
2365         }
2366         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2367         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2368                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2369                 *did_some_progress = 1;
2370 out:
2371         mutex_unlock(&oom_lock);
2372         return page;
2373 }
2374
2375 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2376 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2377 static struct page *
2378 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2379                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2380                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2381                 bool *deferred_compaction)
2382 {
2383         unsigned long compact_result;
2384         struct page *page;
2385
2386         if (!order)
2387                 return NULL;
2388
2389         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2390         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2391                                                 mode, contended_compaction);
2392         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2393
2394         switch (compact_result) {
2395         case COMPACT_DEFERRED:
2396                 *deferred_compaction = true;
2397                 /* fall-through */
2398         case COMPACT_SKIPPED:
2399                 return NULL;
2400         default:
2401                 break;
2402         }
2403
2404         /*
2405          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2406          * count a compaction stall
2407          */
2408         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2409
2410         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2411                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2412
2413         if (page) {
2414                 struct zone *zone = page_zone(page);
2415
2416                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2417                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2418                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2419                 return page;
2420         }
2421
2422         /*
2423          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2424          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2425          */
2426         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2427
2428         cond_resched();
2429
2430         return NULL;
2431 }
2432 #else
2433 static inline struct page *
2434 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2435                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2436                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2437                 bool *deferred_compaction)
2438 {
2439         return NULL;
2440 }
2441 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2442
2443 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2444 static int
2445 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2446                                         const struct alloc_context *ac)
2447 {
2448         struct reclaim_state reclaim_state;
2449         int progress;
2450
2451         cond_resched();
2452
2453         /* We now go into synchronous reclaim */
2454         cpuset_memory_pressure_bump();
2455         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2456         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2457         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2458         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2459
2460         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2461                                                                 ac->nodemask);
2462
2463         current->reclaim_state = NULL;
2464         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2465         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2466
2467         cond_resched();
2468
2469         return progress;
2470 }
2471
2472 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2473 static inline struct page *
2474 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2475                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2476                 unsigned long *did_some_progress)
2477 {
2478         struct page *page = NULL;
2479         bool drained = false;
2480
2481         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2482         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2483                 return NULL;
2484
2485         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2486         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2487                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2488
2489 retry:
2490         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2491                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2492
2493         /*
2494          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2495          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2496          */
2497         if (!page && !drained) {
2498                 drain_all_pages(NULL);
2499                 drained = true;
2500                 goto retry;
2501         }
2502
2503         return page;
2504 }
2505
2506 /*
2507  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2508  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2509  */
2510 static inline struct page *
2511 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2512                                 const struct alloc_context *ac)
2513 {
2514         struct page *page;
2515
2516         do {
2517                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2518                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2519
2520                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2521                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2522                                                                         HZ/50);
2523         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2524
2525         return page;
2526 }
2527
2528 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2529 {
2530         struct zoneref *z;
2531         struct zone *zone;
2532
2533         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2534                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2535                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2536 }
2537
2538 static inline int
2539 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2540 {
2541         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2542         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2543
2544         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2545         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2546
2547         /*
2548          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2549          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2550          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2551          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2552          */
2553         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2554
2555         if (atomic) {
2556                 /*
2557                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2558                  * if it can't schedule.
2559                  */
2560                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2561                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2562                 /*
2563                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2564                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2565                  */
2566                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2567         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2568                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2569
2570         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2571                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2572                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2573                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2574                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2575                 else if (!in_interrupt() &&
2576                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2577                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2578                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2579         }
2580 #ifdef CONFIG_CMA
2581         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2582                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2583 #endif
2584         return alloc_flags;
2585 }
2586
2587 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2588 {
2589         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2590 }
2591
2592 static inline struct page *
2593 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2594                                                 struct alloc_context *ac)
2595 {
2596         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2597         struct page *page = NULL;
2598         int alloc_flags;
2599         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2600         unsigned long did_some_progress;
2601         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2602         bool deferred_compaction = false;
2603         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2604
2605         /*
2606          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2607          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2608          * be using allocators in order of preference for an area that is
2609          * too large.
2610          */
2611         if (order >= MAX_ORDER) {
2612                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2613                 return NULL;
2614         }
2615
2616         /*
2617          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2618          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2619          * speculative node-specific allocation.
2620          */
2621         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2622                 goto nopage;
2623
2624 retry:
2625         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2626                 wake_all_kswapds(order, ac);
2627
2628         /*
2629          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2630          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2631          * to how we want to proceed.
2632          */
2633         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2634
2635         /*
2636          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2637          * cpusets.
2638          */
2639         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2640                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2641                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
2642                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
2643                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2644         }
2645
2646         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2647         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2648                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2649         if (page)
2650                 goto got_pg;
2651
2652         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2653         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2654                 /*
2655                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2656                  * the allocation is high priority and these type of
2657                  * allocations are system rather than user orientated
2658                  */
2659                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2660
2661                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
2662
2663                 if (page) {
2664                         goto got_pg;
2665                 }
2666         }
2667
2668         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2669         if (!wait) {
2670                 /*
2671                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2672                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2673                  * type of allocation to fail.
2674                  */
2675                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2676                 goto nopage;
2677         }
2678
2679         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2680         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2681                 goto nopage;
2682
2683         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2684         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2685                 goto nopage;
2686
2687         /*
2688          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2689          * attempts after direct reclaim are synchronous
2690          */
2691         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2692                                         migration_mode,
2693                                         &contended_compaction,
2694                                         &deferred_compaction);
2695         if (page)
2696                 goto got_pg;
2697
2698         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2699         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2700                 /*
2701                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2702                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2703                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2704                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2705                  * instead of entering direct reclaim.
2706                  */
2707                 if (deferred_compaction)
2708                         goto nopage;
2709
2710                 /*
2711                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2712                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2713                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2714                  * so we fallback to base pages instead.
2715                  */
2716                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2717                         goto nopage;
2718
2719                 /*
2720                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2721                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2722                  * khugepaged trying to collapse.
2723                  */
2724                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2725                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2726                         goto nopage;
2727         }
2728
2729         /*
2730          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2731          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2732          * khugepaged trying to collapse.
2733          */
2734         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2735                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2736                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2737
2738         /* Try direct reclaim and then allocating */
2739         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2740                                                         &did_some_progress);
2741         if (page)
2742                 goto got_pg;
2743
2744         /* Do not loop if specifically requested */
2745         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2746                 goto noretry;
2747
2748         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
2749         pages_reclaimed += did_some_progress;
2750         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
2751             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
2752                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2753                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2754                 goto retry;
2755         }
2756
2757         /* Reclaim has failed us, start killing things */
2758         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
2759         if (page)
2760                 goto got_pg;
2761
2762         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
2763         if (did_some_progress)
2764                 goto retry;
2765
2766 noretry:
2767         /*
2768          * High-order allocations do not necessarily loop after
2769          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2770          * being called after reclaim so call directly if necessary
2771          */
2772         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
2773                                             ac, migration_mode,
2774                                             &contended_compaction,
2775                                             &deferred_compaction);
2776         if (page)
2777                 goto got_pg;
2778 nopage:
2779         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2780 got_pg:
2781         return page;
2782 }
2783
2784 /*
2785  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2786  */
2787 struct page *
2788 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2789                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2790 {
2791         struct zoneref *preferred_zoneref;
2792         struct page *page = NULL;
2793         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2794         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2795         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
2796         struct alloc_context ac = {
2797                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
2798                 .nodemask = nodemask,
2799                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
2800         };
2801
2802         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2803
2804         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2805
2806         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2807
2808         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2809                 return NULL;
2810
2811         /*
2812          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2813          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2814          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
2815          */
2816         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2817                 return NULL;
2818
2819         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2820                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2821
2822 retry_cpuset:
2823         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2824
2825         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
2826         ac.zonelist = zonelist;
2827         /* The preferred zone is used for statistics later */
2828         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
2829                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2830                                 &ac.preferred_zone);
2831         if (!ac.preferred_zone)
2832                 goto out;
2833         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2834
2835         /* First allocation attempt */
2836         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
2837         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
2838         if (unlikely(!page)) {
2839                 /*
2840                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2841                  * can deadlock because I/O on the device might not
2842                  * complete.
2843                  */
2844                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2845
2846                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
2847         }
2848
2849         if (kmemcheck_enabled && page)
2850                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2851
2852         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
2853
2854 out:
2855         /*
2856          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2857          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2858          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2859          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2860          */
2861         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2862                 goto retry_cpuset;
2863
2864         return page;
2865 }
2866 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2867
2868 /*
2869  * Common helper functions.
2870  */
2871 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2872 {
2873         struct page *page;
2874
2875         /*
2876          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2877          * a highmem page
2878          */
2879         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2880
2881         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2882         if (!page)
2883                 return 0;
2884         return (unsigned long) page_address(page);
2885 }
2886 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2887
2888 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2889 {
2890         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2891 }
2892 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2893
2894 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2895 {
2896         if (put_page_testzero(page)) {
2897                 if (order == 0)
2898                         free_hot_cold_page(page, false);
2899                 else
2900                         __free_pages_ok(page, order);
2901         }
2902 }
2903
2904 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2905
2906 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2907 {
2908         if (addr != 0) {
2909                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2910                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2911         }
2912 }
2913
2914 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2915
2916 /*
2917  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
2918  * of the current memory cgroup.
2919  *
2920  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
2921  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
2922  */
2923 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2924 {
2925         struct page *page;
2926         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2927
2928         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2929                 return NULL;
2930         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2931         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2932         return page;
2933 }
2934
2935 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2936 {
2937         struct page *page;
2938         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2939
2940         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2941                 return NULL;
2942         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2943         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2944         return page;
2945 }
2946
2947 /*
2948  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
2949  * alloc_kmem_pages.
2950  */
2951 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2952 {
2953         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2954         __free_pages(page, order);
2955 }
2956
2957 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2958 {
2959         if (addr != 0) {
2960                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2961                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2962         }
2963 }
2964
2965 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2966 {
2967         if (addr) {
2968                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2969                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2970
2971                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2972                 while (used < alloc_end) {
2973                         free_page(used);
2974                         used += PAGE_SIZE;
2975                 }
2976         }
2977         return (void *)addr;
2978 }
2979
2980 /**
2981  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
2982  * @size: the number of bytes to allocate
2983  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
2984  *
2985  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
2986  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
2987  * allocate memory in power-of-two pages.
2988  *
2989  * This function is also limited by MAX_ORDER.
2990  *
2991  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
2992  */
2993 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
2994 {
2995         unsigned int order = get_order(size);
2996         unsigned long addr;
2997
2998         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
2999         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3000 }
3001 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3002
3003 /**
3004  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3005  *                         pages on a node.
3006  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3007  * @size: the number of bytes to allocate
3008  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3009  *
3010  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3011  * back.
3012  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3013  * but is not exact.
3014  */
3015 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3016 {
3017         unsigned order = get_order(size);
3018         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3019         if (!p)
3020                 return NULL;
3021         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3022 }
3023
3024 /**
3025  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3026  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3027  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3028  *
3029  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3030  */
3031 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3032 {
3033         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3034         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3035
3036         while (addr < end) {
3037                 free_page(addr);
3038                 addr += PAGE_SIZE;
3039         }
3040 }
3041 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3042
3043 /**
3044  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3045  * @offset: The zone index of the highest zone
3046  *
3047  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3048  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3049  * zone, the number of pages is calculated as:
3050  *     managed_pages - high_pages
3051  */
3052 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3053 {
3054         struct zoneref *z;
3055         struct zone *zone;
3056
3057         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3058         unsigned long sum = 0;
3059
3060         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3061
3062         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3063                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3064                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3065                 if (size > high)
3066                         sum += size - high;
3067         }
3068
3069         return sum;
3070 }
3071
3072 /**
3073  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3074  *
3075  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3076  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3077  */
3078 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3079 {
3080         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3081 }
3082 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3083
3084 /**
3085  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3086  *
3087  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3088  * high watermark within all zones.
3089  */
3090 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3091 {
3092         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3093 }
3094
3095 static inline void show_node(struct zone *zone)
3096 {
3097         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3098                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3099 }
3100
3101 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3102 {
3103         val->totalram = totalram_pages;
3104         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3105         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3106         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3107         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3108         val->freehigh = nr_free_highpages();
3109         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3110 }
3111
3112 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3113
3114 #ifdef CONFIG_NUMA
3115 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3116 {
3117         int zone_type;          /* needs to be signed */
3118         unsigned long managed_pages = 0;
3119         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3120
3121         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3122                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3123         val->totalram = managed_pages;
3124         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3125         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3126 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3127         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3128         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3129                         NR_FREE_PAGES);
3130 #else
3131         val->totalhigh = 0;
3132         val->freehigh = 0;
3133 #endif
3134         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3135 }
3136 #endif
3137
3138 /*
3139  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3140  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3141  */
3142 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3143 {
3144         bool ret = false;
3145         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3146
3147         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3148                 goto out;
3149
3150         do {
3151                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3152                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3153         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3154 out:
3155         return ret;
3156 }
3157
3158 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3159
3160 static void show_migration_types(unsigned char type)
3161 {
3162         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3163                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3164                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3165                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3166                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3167 #ifdef CONFIG_CMA
3168                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3169 #endif
3170 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3171                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3172 #endif
3173         };
3174         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3175         char *p = tmp;
3176         int i;
3177
3178         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3179                 if (type & (1 << i))
3180                         *p++ = types[i];
3181         }
3182
3183         *p = '\0';
3184         printk("(%s) ", tmp);
3185 }
3186
3187 /*
3188  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3189  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3190  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3191  *
3192  * Bits in @filter:
3193  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3194  *   cpuset.
3195  */
3196 void show_free_areas(unsigned int filter)
3197 {
3198         unsigned long free_pcp = 0;
3199         int cpu;
3200         struct zone *zone;
3201
3202         for_each_populated_zone(zone) {
3203                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3204                         continue;
3205
3206                 for_each_online_cpu(cpu)
3207                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3208         }
3209
3210         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3211                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3212                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3213                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3214                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3215                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3216                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3217                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3218                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3219                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3220                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3221                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3222                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3223                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3224                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3225                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3226                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3227                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3228                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3229                 global_page_state(NR_SHMEM),
3230                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3231                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3232                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3233                 free_pcp,
3234                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3235
3236         for_each_populated_zone(zone) {
3237                 int i;
3238
3239                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3240                         continue;
3241
3242                 free_pcp = 0;
3243                 for_each_online_cpu(cpu)
3244                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3245
3246                 show_node(zone);
3247                 printk("%s"
3248                         " free:%lukB"
3249                         " min:%lukB"
3250                         " low:%lukB"
3251                         " high:%lukB"
3252                         " active_anon:%lukB"
3253                         " inactive_anon:%lukB"
3254                         " active_file:%lukB"
3255                         " inactive_file:%lukB"
3256                         " unevictable:%lukB"
3257                         " isolated(anon):%lukB"
3258                         " isolated(file):%lukB"
3259                         " present:%lukB"
3260                         " managed:%lukB"
3261                         " mlocked:%lukB"
3262                         " dirty:%lukB"
3263                         " writeback:%lukB"
3264                         " mapped:%lukB"
3265                         " shmem:%lukB"
3266                         " slab_reclaimable:%lukB"
3267                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3268                         " kernel_stack:%lukB"
3269                         " pagetables:%lukB"
3270                         " unstable:%lukB"
3271                         " bounce:%lukB"
3272                         " free_pcp:%lukB"
3273                         " local_pcp:%ukB"
3274                         " free_cma:%lukB"
3275                         " writeback_tmp:%lukB"
3276                         " pages_scanned:%lu"
3277                         " all_unreclaimable? %s"
3278                         "\n",
3279                         zone->name,
3280                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3281                         K(min_wmark_pages(zone)),
3282                         K(low_wmark_pages(zone)),
3283                         K(high_wmark_pages(zone)),
3284                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3285                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3286                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3287                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3288                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3289                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3290                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3291                         K(zone->present_pages),
3292                         K(zone->managed_pages),
3293                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3294                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3295                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3296                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3297                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3298                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3299                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3300                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3301                                 THREAD_SIZE / 1024,
3302                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3303                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3304                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3305                         K(free_pcp),
3306                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3307                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3308                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3309                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3310                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3311                         );
3312                 printk("lowmem_reserve[]:");
3313                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3314                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3315                 printk("\n");
3316         }
3317
3318         for_each_populated_zone(zone) {
3319                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3320                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3321
3322                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3323                         continue;
3324                 show_node(zone);
3325                 printk("%s: ", zone->name);
3326
3327                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3328                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3329                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3330                         int type;
3331
3332                         nr[order] = area->nr_free;
3333                         total += nr[order] << order;
3334
3335                         types[order] = 0;
3336                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3337                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3338                                         types[order] |= 1 << type;
3339                         }
3340                 }
3341                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3342                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3343                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3344                         if (nr[order])
3345                                 show_migration_types(types[order]);
3346                 }
3347                 printk("= %lukB\n", K(total));
3348         }
3349
3350         hugetlb_show_meminfo();
3351
3352         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3353
3354         show_swap_cache_info();
3355 }
3356
3357 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3358 {
3359         zoneref->zone = zone;
3360         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3361 }
3362
3363 /*
3364  * Builds allocation fallback zone lists.
3365  *
3366  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3367  */
3368 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3369                                 int nr_zones)
3370 {
3371         struct zone *zone;
3372         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3373
3374         do {
3375                 zone_type--;
3376                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3377                 if (populated_zone(zone)) {
3378                         zoneref_set_zone(zone,
3379                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3380                         check_highest_zone(zone_type);
3381                 }
3382         } while (zone_type);
3383
3384         return nr_zones;
3385 }
3386
3387
3388 /*
3389  *  zonelist_order:
3390  *  0 = automatic detection of better ordering.
3391  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3392  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3393  *
3394  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3395  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3396  */
3397 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3398 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3399 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3400
3401 /* zonelist order in the kernel.
3402  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3403  */
3404 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3405 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3406
3407
3408 #ifdef CONFIG_NUMA
3409 /* The value user specified ....changed by config */
3410 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3411 /* string for sysctl */
3412 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3413 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3414
3415 /*
3416  * interface for configure zonelist ordering.
3417  * command line option "numa_zonelist_order"
3418  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3419  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3420  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3421  */
3422
3423 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3424 {
3425         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3426                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3427         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3428                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3429         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3430                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3431         } else {
3432                 printk(KERN_WARNING
3433                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3434                         "%s\n", s);
3435                 return -EINVAL;
3436         }
3437         return 0;
3438 }
3439
3440 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3441 {
3442         int ret;
3443
3444         if (!s)
3445                 return 0;
3446
3447         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3448         if (ret == 0)
3449                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3450
3451         return ret;
3452 }
3453 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3454
3455 /*
3456  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3457  */
3458 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3459                 void __user *buffer, size_t *length,
3460                 loff_t *ppos)
3461 {
3462         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3463         int ret;
3464         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3465
3466         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3467         if (write) {
3468                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3469                         ret = -EINVAL;
3470                         goto out;
3471                 }
3472                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3473         }
3474         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3475         if (ret)
3476                 goto out;
3477         if (write) {
3478                 int oldval = user_zonelist_order;
3479
3480                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3481                 if (ret) {
3482                         /*
3483                          * bogus value.  restore saved string
3484                          */
3485                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3486                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3487                         user_zonelist_order = oldval;
3488                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3489                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3490                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3491                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3492                 }
3493         }
3494 out:
3495         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3496         return ret;
3497 }
3498
3499
3500 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3501 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3502
3503 /**
3504  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3505  * @node: node whose fallback list we're appending
3506  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3507  *
3508  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3509  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3510  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3511  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3512  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3513  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3514  * on them otherwise.
3515  * It returns -1 if no node is found.
3516  */
3517 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3518 {
3519         int n, val;
3520         int min_val = INT_MAX;
3521         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3522         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3523
3524         /* Use the local node if we haven't already */
3525         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3526                 node_set(node, *used_node_mask);
3527                 return node;
3528         }
3529
3530         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3531
3532                 /* Don't want a node to appear more than once */
3533                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3534                         continue;
3535
3536                 /* Use the distance array to find the distance */
3537                 val = node_distance(node, n);
3538
3539                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3540                 val += (n < node);
3541
3542                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3543                 tmp = cpumask_of_node(n);
3544                 if (!cpumask_empty(tmp))
3545                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3546
3547                 /* Slight preference for less loaded node */
3548                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3549                 val += node_load[n];
3550
3551                 if (val < min_val) {
3552                         min_val = val;
3553                         best_node = n;
3554                 }
3555         }
3556
3557         if (best_node >= 0)
3558                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3559
3560         return best_node;
3561 }
3562
3563
3564 /*
3565  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3566  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3567  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3568  */
3569 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3570 {
3571         int j;
3572         struct zonelist *zonelist;
3573
3574         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3575         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3576                 ;
3577         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3578         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3579         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3580 }
3581
3582 /*
3583  * Build gfp_thisnode zonelists
3584  */
3585 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3586 {
3587         int j;
3588         struct zonelist *zonelist;
3589
3590         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3591         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3592         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3593         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3594 }
3595
3596 /*
3597  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3598  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3599  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3600  * may still exist in local DMA zone.
3601  */
3602 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3603
3604 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3605 {
3606         int pos, j, node;
3607         int zone_type;          /* needs to be signed */
3608         struct zone *z;
3609         struct zonelist *zonelist;
3610
3611         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3612         pos = 0;
3613         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3614                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3615                         node = node_order[j];
3616                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3617                         if (populated_zone(z)) {
3618                                 zoneref_set_zone(z,
3619                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3620                                 check_highest_zone(zone_type);
3621                         }
3622                 }
3623         }
3624         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3625         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3626 }
3627
3628 #if defined(CONFIG_64BIT)
3629 /*
3630  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3631  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3632  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3633  */
3634 static int default_zonelist_order(void)
3635 {
3636         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3637 }
3638 #else
3639 /*
3640  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3641  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3642  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3643  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3644  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3645  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3646  */
3647 static int default_zonelist_order(void)
3648 {
3649         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3650 }
3651 #endif /* CONFIG_64BIT */
3652
3653 static void set_zonelist_order(void)
3654 {
3655         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3656                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3657         else
3658                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3659 }
3660
3661 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3662 {
3663         int j, node, load;
3664         enum zone_type i;
3665         nodemask_t used_mask;
3666         int local_node, prev_node;
3667         struct zonelist *zonelist;
3668         int order = current_zonelist_order;
3669
3670         /* initialize zonelists */
3671         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3672                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3673                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3674                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3675         }
3676
3677         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3678         local_node = pgdat->node_id;
3679         load = nr_online_nodes;
3680         prev_node = local_node;
3681         nodes_clear(used_mask);
3682
3683         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3684         j = 0;
3685
3686         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3687                 /*
3688                  * We don't want to pressure a particular node.
3689                  * So adding penalty to the first node in same
3690                  * distance group to make it round-robin.
3691                  */
3692                 if (node_distance(local_node, node) !=
3693                     node_distance(local_node, prev_node))
3694                         node_load[node] = load;
3695
3696                 prev_node = node;
3697                 load--;
3698                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3699                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3700                 else
3701                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3702         }
3703
3704         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3705                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3706                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3707         }
3708
3709         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3710 }
3711
3712 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3713 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3714 {
3715         struct zonelist *zonelist;
3716         struct zonelist_cache *zlc;
3717         struct zoneref *z;
3718
3719         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3720         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3721         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3722         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3723                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3724 }
3725
3726 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3727 /*
3728  * Return node id of node used for "local" allocations.
3729  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3730  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3731  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3732  */
3733 int local_memory_node(int node)
3734 {
3735         struct zone *zone;
3736
3737         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3738                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3739                                    NULL,
3740                                    &zone);
3741         return zone->node;
3742 }
3743 #endif
3744
3745 #else   /* CONFIG_NUMA */
3746
3747 static void set_zonelist_order(void)
3748 {
3749         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3750 }
3751
3752 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3753 {
3754         int node, local_node;
3755         enum zone_type j;
3756         struct zonelist *zonelist;
3757
3758         local_node = pgdat->node_id;
3759
3760         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3761         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3762
3763         /*
3764          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3765          * of all the other nodes.
3766          * We don't want to pressure a particular node, so when
3767          * building the zones for node N, we make sure that the
3768          * zones coming right after the local ones are those from
3769          * node N+1 (modulo N)
3770          */
3771         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3772                 if (!node_online(node))
3773                         continue;
3774                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3775         }
3776         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3777                 if (!node_online(node))
3778                         continue;
3779                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3780         }
3781
3782         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3783         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3784 }
3785
3786 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3787 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3788 {
3789         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3790 }
3791
3792 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3793
3794 /*
3795  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3796  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3797  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3798  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3799  * with interrupts disabled.
3800  *
3801  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3802  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3803  * hotplugged processors.
3804  *
3805  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3806  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3807  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3808  */
3809 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3810 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3811 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3812
3813 /*
3814  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3815  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3816  */
3817 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3818
3819 /* return values int ....just for stop_machine() */
3820 static int __build_all_zonelists(void *data)
3821 {
3822         int nid;
3823         int cpu;
3824         pg_data_t *self = data;
3825
3826 #ifdef CONFIG_NUMA
3827         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3828 #endif
3829
3830         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3831                 build_zonelists(self);
3832                 build_zonelist_cache(self);
3833         }
3834
3835         for_each_online_node(nid) {
3836                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3837
3838                 build_zonelists(pgdat);
3839                 build_zonelist_cache(pgdat);
3840         }
3841
3842         /*
3843          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3844          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3845          * each zone will be allocated later when the per cpu
3846          * allocator is available.
3847          *
3848          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3849          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3850          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3851          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3852          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3853          * (a chicken-egg dilemma).
3854          */
3855         for_each_possible_cpu(cpu) {
3856                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3857
3858 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3859                 /*
3860                  * We now know the "local memory node" for each node--
3861                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3862                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3863                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3864                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3865                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3866                  */
3867                 if (cpu_online(cpu))
3868                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3869 #endif
3870         }
3871
3872         return 0;
3873 }
3874
3875 static noinline void __init
3876 build_all_zonelists_init(void)
3877 {
3878         __build_all_zonelists(NULL);
3879         mminit_verify_zonelist();
3880         cpuset_init_current_mems_allowed();
3881 }
3882
3883 /*
3884  * Called with zonelists_mutex held always
3885  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3886  *
3887  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
3888  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
3889  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
3890  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
3891  */
3892 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3893 {
3894         set_zonelist_order();
3895
3896         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3897                 build_all_zonelists_init();
3898         } else {
3899 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3900                 if (zone)
3901                         setup_zone_pageset(zone);
3902 #endif
3903                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3904                    of zonelist */
3905                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3906                 /* cpuset refresh routine should be here */
3907         }
3908         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3909         /*
3910          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3911          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3912          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3913          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3914          * disabled and enable it later
3915          */
3916         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3917                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3918         else
3919                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3920
3921         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3922                 "Total pages: %ld\n",
3923                         nr_online_nodes,
3924                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3925                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3926                         vm_total_pages);
3927 #ifdef CONFIG_NUMA
3928         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3929 #endif
3930 }
3931
3932 /*
3933  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3934  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3935  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3936  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3937  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3938  * conservative, even though it seems large.
3939  *
3940  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3941  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3942  */
3943 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3944
3945 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3946 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3947 {
3948         unsigned long size = 1;
3949
3950         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3951
3952         while (size < pages)
3953                 size <<= 1;
3954
3955         /*
3956          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3957          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3958          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3959          */
3960         size = min(size, 4096UL);
3961
3962         return max(size, 4UL);
3963 }
3964 #else
3965 /*
3966  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3967  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3968  *
3969  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3970  *
3971  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3972  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3973  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3974  *
3975  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3976  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3977  *
3978  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3979  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3980  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3981  */
3982 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3983 {
3984         return 4096UL;
3985 }
3986 #endif
3987
3988 /*
3989  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3990  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3991  * hash function before the remainder is taken.
3992  */
3993 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
3994 {
3995         return ffz(~size);
3996 }
3997
3998 /*
3999  * Check if a pageblock contains reserved pages
4000  */
4001 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4002 {
4003         unsigned long pfn;
4004
4005         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4006                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4007                         return 1;
4008         }
4009         return 0;
4010 }
4011
4012 /*
4013  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4014  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4015  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4016  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4017  * blocks as reclaim kicks in
4018  */
4019 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4020 {
4021         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4022         struct page *page;
4023         unsigned long block_migratetype;
4024         int reserve;
4025         int old_reserve;
4026
4027         /*
4028          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4029          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4030          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4031          * the block.
4032          */
4033         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4034         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4035         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4036         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4037                                                         pageblock_order;
4038
4039         /*
4040          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4041          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4042          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4043          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4044          * future allocation of hugepages at runtime.
4045          */
4046         reserve = min(2, reserve);
4047         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4048
4049         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4050         if (reserve == old_reserve)
4051                 return;
4052         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4053
4054         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4055                 if (!pfn_valid(pfn))
4056                         continue;
4057                 page = pfn_to_page(pfn);
4058
4059                 /* Watch out for overlapping nodes */
4060                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4061                         continue;
4062
4063                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4064
4065                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4066                 if (reserve > 0) {
4067                         /*
4068                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4069                          * them.
4070                          */
4071                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4072                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4073                                 continue;
4074
4075                         /* If this block is reserved, account for it */
4076                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4077                                 reserve--;
4078                                 continue;
4079                         }
4080
4081                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4082                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4083                                 set_pageblock_migratetype(page,
4084                                                         MIGRATE_RESERVE);
4085                                 move_freepages_block(zone, page,
4086                                                         MIGRATE_RESERVE);
4087                                 reserve--;
4088                                 continue;
4089                         }
4090                 } else if (!old_reserve) {
4091                         /*
4092                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4093                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4094                          */
4095                         break;
4096                 }
4097
4098                 /*
4099                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4100                  * take it back
4101                  */
4102                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4103                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4104                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4105                 }
4106         }
4107 }
4108
4109 /*
4110  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4111  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4112  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4113  */
4114 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4115                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4116 {
4117         struct page *page;
4118         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4119         unsigned long pfn;
4120         struct zone *z;
4121
4122         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4123                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4124
4125         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4126         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4127                 /*
4128                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4129                  * handed to this function.  They do not
4130                  * exist on hotplugged memory.
4131                  */
4132                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4133                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4134                                 continue;
4135                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4136                                 continue;
4137                 }
4138                 page = pfn_to_page(pfn);
4139                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4140                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4141                 init_page_count(page);
4142                 page_mapcount_reset(page);
4143                 page_cpupid_reset_last(page);
4144                 SetPageReserved(page);
4145                 /*
4146                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4147                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4148                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4149                  * the address space during boot when many long-lived
4150                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4151                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4152                  * setup_zone_migrate_reserve()
4153                  *
4154                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4155                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4156                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4157                  * pfn out of zone.
4158                  */
4159                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4160                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4161                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4162                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4163
4164                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4165 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4166                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4167                 if (!is_highmem_idx(zone))
4168                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4169 #endif
4170         }
4171 }
4172
4173 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4174 {
4175         unsigned int order, t;
4176         for_each_migratetype_order(order, t) {
4177                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4178                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4179         }
4180 }
4181
4182 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4183 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4184         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4185 #endif
4186
4187 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4188 {
4189 #ifdef CONFIG_MMU
4190         int batch;
4191
4192         /*
4193          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4194          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4195          *
4196          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4197          */
4198         batch = zone->managed_pages / 1024;
4199         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4200                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4201         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4202         if (batch < 1)
4203                 batch = 1;
4204
4205         /*
4206          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4207          * of 2 value was found to be more likely to have
4208          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4209          *
4210          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4211          * batches of pages, one task can end up with a lot
4212          * of pages of one half of the possible page colors
4213          * and the other with pages of the other colors.
4214          */
4215         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4216
4217         return batch;
4218
4219 #else
4220         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4221          * conditions.
4222          *
4223          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4224          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4225          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4226          *
4227          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4228          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4229          * can be a significant delay between the individual batches being
4230          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4231          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4232          */
4233         return 0;
4234 #endif
4235 }
4236
4237 /*
4238  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4239  * ->batch must never be higher then ->high.
4240  * The following function updates them in a safe manner without read side
4241  * locking.
4242  *
4243  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4244  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4245  *
4246  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4247  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4248  * exist).
4249  */
4250 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4251                 unsigned long batch)
4252 {
4253        /* start with a fail safe value for batch */
4254         pcp->batch = 1;
4255         smp_wmb();
4256
4257        /* Update high, then batch, in order */
4258         pcp->high = high;
4259         smp_wmb();
4260
4261         pcp->batch = batch;
4262 }
4263
4264 /* a companion to pageset_set_high() */
4265 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4266 {
4267         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4268 }
4269
4270 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4271 {
4272         struct per_cpu_pages *pcp;
4273         int migratetype;
4274
4275         memset(p, 0, sizeof(*p));
4276
4277         pcp = &p->pcp;
4278         pcp->count = 0;
4279         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4280                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4281 }
4282
4283 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4284 {
4285         pageset_init(p);
4286         pageset_set_batch(p, batch);
4287 }
4288
4289 /*
4290  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4291  * to the value high for the pageset p.
4292  */
4293 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4294                                 unsigned long high)
4295 {
4296         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4297         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4298                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4299
4300         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4301 }
4302
4303 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4304                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4305 {
4306         if (percpu_pagelist_fraction)
4307                 pageset_set_high(pcp,
4308                         (zone->managed_pages /
4309                                 percpu_pagelist_fraction));
4310         else
4311                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4312 }
4313
4314 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4315 {
4316         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4317
4318         pageset_init(pcp);
4319         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4320 }
4321
4322 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4323 {
4324         int cpu;
4325         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4326         for_each_possible_cpu(cpu)
4327                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4328 }
4329
4330 /*
4331  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4332  * Before this call only boot pagesets were available.
4333  */
4334 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4335 {
4336         struct zone *zone;
4337
4338         for_each_populated_zone(zone)
4339                 setup_zone_pageset(zone);
4340 }
4341
4342 static noinline __init_refok
4343 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4344 {
4345         int i;
4346         size_t alloc_size;
4347
4348         /*
4349          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4350          * per zone.
4351          */
4352         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4353                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4354         zone->wait_table_bits =
4355                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4356         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4357                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4358
4359         if (!slab_is_available()) {
4360                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4361                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4362                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4363         } else {
4364                 /*
4365                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4366                  * via memory hot-add.
4367                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4368                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4369                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4370                  * node itself as well.
4371                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4372                  * necessary.
4373                  */
4374                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4375         }
4376         if (!zone->wait_table)
4377                 return -ENOMEM;
4378
4379         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4380                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4381
4382         return 0;
4383 }
4384
4385 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4386 {
4387         /*
4388          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4389          * relies on the ability of the linker to provide the
4390          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4391          */
4392         zone->pageset = &boot_pageset;
4393
4394         if (populated_zone(zone))
4395                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4396                         zone->name, zone->present_pages,
4397                                          zone_batchsize(zone));
4398 }
4399
4400 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4401                                         unsigned long zone_start_pfn,
4402                                         unsigned long size,
4403                                         enum memmap_context context)
4404 {
4405         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4406         int ret;
4407         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4408         if (ret)
4409                 return ret;
4410         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4411
4412         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4413
4414         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4415                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4416                         pgdat->node_id,
4417                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4418                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4419
4420         zone_init_free_lists(zone);
4421
4422         return 0;
4423 }
4424
4425 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4426 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4427 /*
4428  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4429  */
4430 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4431 {
4432         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4433         int nid;
4434         /*
4435          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4436          * when the kernel is running single-threaded.
4437          */
4438         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4439         static int __meminitdata last_nid;
4440
4441         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4442                 return last_nid;
4443
4444         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4445         if (nid != -1) {
4446                 last_start_pfn = start_pfn;
4447                 last_end_pfn = end_pfn;
4448                 last_nid = nid;
4449         }
4450
4451         return nid;
4452 }
4453 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4454
4455 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4456 {
4457         int nid;
4458
4459         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4460         if (nid >= 0)
4461                 return nid;
4462         /* just returns 0 */
4463         return 0;
4464 }
4465
4466 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4467 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4468 {
4469         int nid;
4470
4471         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4472         if (nid >= 0 && nid != node)
4473                 return false;
4474         return true;
4475 }
4476 #endif
4477
4478 /**
4479  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4480  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4481  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4482  *
4483  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4484  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4485  * memblock_free_early_nid() manually.
4486  */
4487 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4488 {
4489         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4490         int i, this_nid;
4491
4492         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4493                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4494                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4495
4496                 if (start_pfn < end_pfn)
4497                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4498                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4499                                         this_nid);
4500         }
4501 }
4502
4503 /**
4504  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4505  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4506  *
4507  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4508  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4509  */
4510 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4511 {
4512         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4513         int i, this_nid;
4514
4515         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4516                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4517 }
4518
4519 /**
4520  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4521  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4522  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4523  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4524  *
4525  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4526  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4527  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4528  * PFNs will be 0.
4529  */
4530 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4531                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4532 {
4533         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4534         int i;
4535
4536         *start_pfn = -1UL;
4537         *end_pfn = 0;
4538
4539         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4540                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4541                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4542         }
4543
4544         if (*start_pfn == -1UL)
4545                 *start_pfn = 0;
4546 }
4547
4548 /*
4549  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4550  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4551  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4552  */
4553 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4554 {
4555         int zone_index;
4556         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4557                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4558                         continue;
4559
4560                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4561                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4562                         break;
4563         }
4564
4565         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4566         movable_zone = zone_index;
4567 }
4568
4569 /*
4570  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4571  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4572  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4573  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4574  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4575  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4576  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4577  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4578  */
4579 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4580                                         unsigned long zone_type,
4581                                         unsigned long node_start_pfn,
4582                                         unsigned long node_end_pfn,
4583                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4584                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4585 {
4586         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4587         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4588                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4589                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4590                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4591                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4592                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4593
4594                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4595                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4596                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4597                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4598
4599                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4600                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4601                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4602         }
4603 }
4604
4605 /*
4606  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4607  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4608  */
4609 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4610                                         unsigned long zone_type,
4611                                         unsigned long node_start_pfn,
4612                                         unsigned long node_end_pfn,
4613                                         unsigned long *ignored)
4614 {
4615         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4616
4617         /* Get the start and end of the zone */
4618         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4619         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4620         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4621                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4622                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4623
4624         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4625         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4626                 return 0;
4627
4628         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4629         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4630         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4631
4632         /* Return the spanned pages */
4633         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4634 }
4635
4636 /*
4637  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4638  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4639  */
4640 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4641                                 unsigned long range_start_pfn,
4642                                 unsigned long range_end_pfn)
4643 {
4644         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4645         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4646         int i;
4647
4648         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4649                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4650                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4651                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4652         }
4653         return nr_absent;
4654 }
4655
4656 /**
4657  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4658  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4659  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4660  *
4661  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4662  */
4663 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4664                                                         unsigned long end_pfn)
4665 {
4666         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4667 }
4668
4669 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4670 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4671                                         unsigned long zone_type,
4672                                         unsigned long node_start_pfn,
4673                                         unsigned long node_end_pfn,
4674                                         unsigned long *ignored)
4675 {
4676         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4677         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4678         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4679
4680         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4681         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4682
4683         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4684                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4685                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4686         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4687 }
4688
4689 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4690 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4691                                         unsigned long zone_type,
4692                                         unsigned long node_start_pfn,
4693                                         unsigned long node_end_pfn,
4694                                         unsigned long *zones_size)
4695 {
4696         return zones_size[zone_type];
4697 }
4698
4699 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4700                                                 unsigned long zone_type,
4701                                                 unsigned long node_start_pfn,
4702                                                 unsigned long node_end_pfn,
4703                                                 unsigned long *zholes_size)
4704 {
4705         if (!zholes_size)
4706                 return 0;
4707
4708         return zholes_size[zone_type];
4709 }
4710
4711 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4712
4713 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4714                                                 unsigned long node_start_pfn,
4715                                                 unsigned long node_end_pfn,
4716                                                 unsigned long *zones_size,
4717                                                 unsigned long *zholes_size)
4718 {
4719         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
4720         enum zone_type i;
4721
4722         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
4723                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
4724                 unsigned long size, real_size;
4725
4726                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4727                                                   node_start_pfn,
4728                                                   node_end_pfn,
4729                                                   zones_size);
4730                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4731                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4732                                                   zholes_size);
4733                 zone->spanned_pages = size;
4734                 zone->present_pages = real_size;
4735
4736                 totalpages += size;
4737                 realtotalpages += real_size;
4738         }
4739
4740         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4741         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4742         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4743                                                         realtotalpages);
4744 }
4745
4746 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4747 /*
4748  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4749  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4750  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4751  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4752  * bytes.
4753  */
4754 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4755 {
4756         unsigned long usemapsize;
4757
4758         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4759         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4760         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4761         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4762         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4763
4764         return usemapsize / 8;
4765 }
4766
4767 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4768                                 struct zone *zone,
4769                                 unsigned long zone_start_pfn,
4770                                 unsigned long zonesize)
4771 {
4772         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4773         zone->pageblock_flags = NULL;
4774         if (usemapsize)
4775                 zone->pageblock_flags =
4776                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4777                                                          pgdat->node_id);
4778 }
4779 #else
4780 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4781                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4782 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4783
4784 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4785
4786 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4787 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4788 {
4789         unsigned int order;
4790
4791         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4792         if (pageblock_order)
4793                 return;
4794
4795         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4796                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4797         else
4798                 order = MAX_ORDER - 1;
4799
4800         /*
4801          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4802          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4803          * powerpc.
4804          */
4805         pageblock_order = order;
4806 }
4807 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4808
4809 /*
4810  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4811  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4812  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4813  * the kernel config
4814  */
4815 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4816 {
4817 }
4818
4819 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4820
4821 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4822                                                    unsigned long present_pages)
4823 {
4824         unsigned long pages = spanned_pages;
4825
4826         /*
4827          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4828          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4829          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4830          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4831          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4832          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4833          */
4834         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4835             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4836                 pages = present_pages;
4837
4838         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4839 }
4840
4841 /*
4842  * Set up the zone data structures:
4843  *   - mark all pages reserved
4844  *   - mark all memory queues empty
4845  *   - clear the memory bitmaps
4846  *
4847  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4848  */
4849 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4850                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
4851 {
4852         enum zone_type j;
4853         int nid = pgdat->node_id;
4854         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4855         int ret;
4856
4857         pgdat_resize_init(pgdat);
4858 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4859         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4860         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4861         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4862 #endif
4863         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4864         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4865         pgdat_page_ext_init(pgdat);
4866
4867         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4868                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4869                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4870
4871                 size = zone->spanned_pages;
4872                 realsize = freesize = zone->present_pages;
4873
4874                 /*
4875                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4876                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4877                  * and per-cpu initialisations
4878                  */
4879                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4880                 if (!is_highmem_idx(j)) {
4881                         if (freesize >= memmap_pages) {
4882                                 freesize -= memmap_pages;
4883                                 if (memmap_pages)
4884                                         printk(KERN_DEBUG
4885                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4886                                                zone_names[j], memmap_pages);
4887                         } else
4888                                 printk(KERN_WARNING
4889                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4890                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4891                 }
4892
4893                 /* Account for reserved pages */
4894                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4895                         freesize -= dma_reserve;
4896                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4897                                         zone_names[0], dma_reserve);
4898                 }
4899
4900                 if (!is_highmem_idx(j))
4901                         nr_kernel_pages += freesize;
4902                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4903                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4904                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4905                 nr_all_pages += freesize;
4906
4907                 /*
4908                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4909                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4910                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4911                  */
4912                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4913 #ifdef CONFIG_NUMA
4914                 zone->node = nid;
4915                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4916                                                 / 100;
4917                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4918 #endif
4919                 zone->name = zone_names[j];
4920                 spin_lock_init(&zone->lock);
4921                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4922                 zone_seqlock_init(zone);
4923                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4924                 zone_pcp_init(zone);
4925
4926                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4927                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4928
4929                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4930                 if (!size)
4931                         continue;
4932
4933                 set_pageblock_order();
4934                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4935                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4936                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4937                 BUG_ON(ret);
4938                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4939                 zone_start_pfn += size;
4940         }
4941 }
4942
4943 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4944 {
4945         /* Skip empty nodes */
4946         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4947                 return;
4948
4949 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4950         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4951         if (!pgdat->node_mem_map) {
4952                 unsigned long size, start, end;
4953                 struct page *map;
4954
4955                 /*
4956                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4957                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4958                  * for the buddy allocator to function correctly.
4959                  */
4960                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4961                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4962                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4963                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4964                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4965                 if (!map)
4966                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
4967                                                                pgdat->node_id);
4968                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4969         }
4970 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4971         /*
4972          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4973          */
4974         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4975                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4976 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4977                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4978                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4979 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4980         }
4981 #endif
4982 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4983 }
4984
4985 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4986                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4987 {
4988         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4989         unsigned long start_pfn = 0;
4990         unsigned long end_pfn = 0;
4991
4992         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4993         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4994
4995         pgdat->node_id = nid;
4996         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
4997 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4998         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
4999         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5000                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5001 #endif
5002         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5003                                   zones_size, zholes_size);
5004
5005         alloc_node_mem_map(pgdat);
5006 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5007         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5008                 nid, (unsigned long)pgdat,
5009                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5010 #endif
5011
5012         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5013 }
5014
5015 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5016
5017 #if MAX_NUMNODES > 1
5018 /*
5019  * Figure out the number of possible node ids.
5020  */
5021 void __init setup_nr_node_ids(void)
5022 {
5023         unsigned int node;
5024         unsigned int highest = 0;
5025
5026         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5027                 highest = node;
5028         nr_node_ids = highest + 1;
5029 }
5030 #endif
5031
5032 /**
5033  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5034  *
5035  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5036  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5037  * all the nodes.
5038  *
5039  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5040  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5041  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5042  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5043  *
5044  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5045  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5046  * populated node map.
5047  *
5048  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5049  * requirement (single node).
5050  */
5051 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5052 {
5053         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5054         unsigned long start, end, mask;
5055         int last_nid = -1;
5056         int i, nid;
5057
5058         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5059                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5060                         last_nid = nid;
5061                         last_end = end;
5062                         continue;
5063                 }
5064
5065                 /*
5066                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5067                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5068                  * too coarse to separate the current node from the last.
5069                  */
5070                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5071                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5072                         mask <<= 1;
5073
5074                 /* accumulate all internode masks */
5075                 accl_mask |= mask;
5076         }
5077
5078         /* convert mask to number of pages */
5079         return ~accl_mask + 1;
5080 }
5081
5082 /* Find the lowest pfn for a node */
5083 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5084 {
5085         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5086         unsigned long start_pfn;
5087         int i;
5088
5089         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5090                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5091
5092         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5093                 printk(KERN_WARNING
5094                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5095                 return 0;
5096         }
5097
5098         return min_pfn;
5099 }
5100
5101 /**
5102  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5103  *
5104  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5105  * memblock_set_node().
5106  */
5107 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5108 {
5109         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5110 }
5111
5112 /*
5113  * early_calculate_totalpages()
5114  * Sum pages in active regions for movable zone.
5115  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5116  */
5117 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5118 {
5119         unsigned long totalpages = 0;
5120         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5121         int i, nid;
5122
5123         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5124                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5125
5126                 totalpages += pages;
5127                 if (pages)
5128                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5129         }
5130         return totalpages;
5131 }
5132
5133 /*
5134  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5135  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5136  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5137  * others
5138  */
5139 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5140 {
5141         int i, nid;
5142         unsigned long usable_startpfn;
5143         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5144         /* save the state before borrow the nodemask */
5145         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5146         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5147         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5148         struct memblock_region *r;
5149
5150         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5151         find_usable_zone_for_movable();
5152
5153         /*
5154          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5155          * options.
5156          */
5157         if (movable_node_is_enabled()) {
5158                 for_each_memblock(memory, r) {
5159                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5160                                 continue;
5161
5162                         nid = r->nid;
5163
5164                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5165                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5166                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5167                                 usable_startpfn;
5168                 }
5169
5170                 goto out2;
5171         }
5172
5173         /*
5174          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5175          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5176          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5177          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5178          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5179          * what movablecore would have allowed.
5180          */
5181         if (required_movablecore) {
5182                 unsigned long corepages;
5183
5184                 /*
5185                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5186                  * was requested by the user
5187                  */
5188                 required_movablecore =
5189                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5190                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5191
5192                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5193         }
5194
5195         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5196         if (!required_kernelcore)
5197                 goto out;
5198
5199         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5200         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5201
5202 restart:
5203         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5204         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5205         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5206                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5207
5208                 /*
5209                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5210                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5211                  * amount of memory for the kernel
5212                  */
5213                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5214                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5215
5216                 /*
5217                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5218                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5219                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5220                  */
5221                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5222
5223                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5224                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5225                         unsigned long size_pages;
5226
5227                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5228                         if (start_pfn >= end_pfn)
5229                                 continue;
5230
5231                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5232                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5233                                 unsigned long kernel_pages;
5234                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5235                                                                 - start_pfn;
5236
5237                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5238                                                         kernelcore_remaining);
5239                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5240                                                         required_kernelcore);
5241
5242                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5243                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5244
5245                                         /*
5246                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5247                                          * that if we have to rebalance
5248                                          * kernelcore across nodes, we will
5249                                          * not double account here
5250                                          */
5251                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5252                                         continue;
5253                                 }
5254                                 start_pfn = usable_startpfn;
5255                         }
5256
5257                         /*
5258                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5259                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5260                          * number of pages used as kernelcore
5261                          */
5262                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5263                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5264                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5265                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5266
5267                         /*
5268                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5269                          * break if the kernelcore for this node has been
5270                          * satisfied
5271                          */
5272                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5273                                                                 size_pages);
5274                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5275                         if (!kernelcore_remaining)
5276                                 break;
5277                 }
5278         }
5279
5280         /*
5281          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5282          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5283          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5284          * satisfied
5285          */
5286         usable_nodes--;
5287         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5288                 goto restart;
5289
5290 out2:
5291         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5292         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5293                 zone_movable_pfn[nid] =
5294                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5295
5296 out:
5297         /* restore the node_state */
5298         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5299 }
5300
5301 /* Any regular or high memory on that node ? */
5302 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5303 {
5304         enum zone_type zone_type;
5305
5306         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5307                 return;
5308
5309         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5310                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5311                 if (populated_zone(zone)) {
5312                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5313                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5314                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5315                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5316                         break;
5317                 }
5318         }
5319 }
5320
5321 /**
5322  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5323  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5324  *
5325  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5326  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5327  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5328  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5329  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5330  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5331  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5332  * at arch_max_dma_pfn.
5333  */
5334 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5335 {
5336         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5337         int i, nid;
5338
5339         /* Record where the zone boundaries are */
5340         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5341                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5342         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5343                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5344         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5345         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5346         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5347                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5348                         continue;
5349                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5350                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5351                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5352                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5353         }
5354         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5355         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5356
5357         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5358         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5359         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5360
5361         /* Print out the zone ranges */
5362         pr_info("Zone ranges:\n");
5363         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5364                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5365                         continue;
5366                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5367                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5368                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5369                         pr_cont("empty\n");
5370                 else
5371                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5372                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5373                                         << PAGE_SHIFT,
5374                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5375                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5376         }
5377
5378         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5379         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5380         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5381                 if (zone_movable_pfn[i])
5382                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5383                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5384         }
5385
5386         /* Print out the early node map */
5387         pr_info("Early memory node ranges\n");
5388         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5389                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5390                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5391                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5392
5393         /* Initialise every node */
5394         mminit_verify_pageflags_layout();
5395         setup_nr_node_ids();
5396         for_each_online_node(nid) {
5397                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5398                 free_area_init_node(nid, NULL,
5399                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5400
5401                 /* Any memory on that node */
5402                 if (pgdat->node_present_pages)
5403                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5404                 check_for_memory(pgdat, nid);
5405         }
5406 }
5407
5408 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5409 {
5410         unsigned long long coremem;
5411         if (!p)
5412                 return -EINVAL;
5413
5414         coremem = memparse(p, &p);
5415         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5416
5417         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5418         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5419
5420         return 0;
5421 }
5422
5423 /*
5424  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5425  * cannot be reclaimed or migrated.
5426  */
5427 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5428 {
5429         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5430 }
5431
5432 /*
5433  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5434  * can be reclaimed or migrated.
5435  */
5436 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5437 {
5438         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5439 }
5440
5441 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5442 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5443
5444 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5445
5446 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5447 {
5448         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5449         page_zone(page)->managed_pages += count;
5450         totalram_pages += count;
5451 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5452         if (PageHighMem(page))
5453                 totalhigh_pages += count;
5454 #endif
5455         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5456 }
5457 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5458
5459 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5460 {
5461         void *pos;
5462         unsigned long pages = 0;
5463
5464         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5465         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5466         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5467                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5468                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5469                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5470         }
5471
5472         if (pages && s)
5473                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5474                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5475
5476         return pages;
5477 }
5478 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5479
5480 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5481 void free_highmem_page(struct page *page)
5482 {
5483         __free_reserved_page(page);
5484         totalram_pages++;
5485         page_zone(page)->managed_pages++;
5486         totalhigh_pages++;
5487 }
5488 #endif
5489
5490
5491 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5492 {
5493         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5494         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5495
5496         physpages = get_num_physpages();
5497         codesize = _etext - _stext;
5498         datasize = _edata - _sdata;
5499         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5500         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5501         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5502         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5503
5504         /*
5505          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5506          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5507          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5508          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5509          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5510          */
5511 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5512         do { \
5513                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5514                         size -= adj; \
5515         } while (0)
5516
5517         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5518                      _sinittext, init_code_size);
5519         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5520         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5521         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5522         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5523
5524 #undef  adj_init_size
5525
5526         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5527                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5528                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5529 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5530                ", %luK highmem"
5531 #endif
5532                "%s%s)\n",
5533                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5534                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5535                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5536                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5537                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5538 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5539                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5540 #endif
5541                str ? ", " : "", str ? str : "");
5542 }
5543
5544 /**
5545  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5546  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5547  *
5548  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5549  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5550  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5551  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5552  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5553  * smaller per-cpu batchsize.
5554  */
5555 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5556 {
5557         dma_reserve = new_dma_reserve;
5558 }
5559
5560 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5561 {
5562         free_area_init_node(0, zones_size,
5563                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5564 }
5565
5566 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5567                                  unsigned long action, void *hcpu)
5568 {
5569         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5570
5571         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5572                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5573                 drain_pages(cpu);
5574
5575                 /*
5576                  * Spill the event counters of the dead processor
5577                  * into the current processors event counters.
5578                  * This artificially elevates the count of the current
5579                  * processor.
5580                  */
5581                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5582
5583                 /*
5584                  * Zero the differential counters of the dead processor
5585                  * so that the vm statistics are consistent.
5586                  *
5587                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5588                  * race with what we are doing.
5589                  */
5590                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5591         }
5592         return NOTIFY_OK;
5593 }
5594
5595 void __init page_alloc_init(void)
5596 {
5597         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5598 }
5599
5600 /*
5601  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5602  *      or min_free_kbytes changes.
5603  */
5604 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5605 {
5606         struct pglist_data *pgdat;
5607         unsigned long reserve_pages = 0;
5608         enum zone_type i, j;
5609
5610         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5611                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5612                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5613                         long max = 0;
5614
5615                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5616                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5617                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5618                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5619                         }
5620
5621                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5622                         max += high_wmark_pages(zone);
5623
5624                         if (max > zone->managed_pages)
5625                                 max = zone->managed_pages;
5626                         reserve_pages += max;
5627                         /*
5628                          * Lowmem reserves are not available to
5629                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5630                          * kswapd tries to balance zones to their high
5631                          * watermark.  As a result, neither should be
5632                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5633                          * situation where reclaim has to clean pages
5634                          * in order to balance the zones.
5635                          */
5636                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5637                 }
5638         }
5639         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5640         totalreserve_pages = reserve_pages;
5641 }
5642
5643 /*
5644  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5645  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5646  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5647  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5648  */
5649 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5650 {
5651         struct pglist_data *pgdat;
5652         enum zone_type j, idx;
5653
5654         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5655                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5656                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5657                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5658
5659                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5660
5661                         idx = j;
5662                         while (idx) {
5663                                 struct zone *lower_zone;
5664
5665                                 idx--;
5666
5667                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5668                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5669
5670                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5671                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5672                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5673                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5674                         }
5675                 }
5676         }
5677
5678         /* update totalreserve_pages */
5679         calculate_totalreserve_pages();
5680 }
5681
5682 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5683 {
5684         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5685         unsigned long lowmem_pages = 0;
5686         struct zone *zone;
5687         unsigned long flags;
5688
5689         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5690         for_each_zone(zone) {
5691                 if (!is_highmem(zone))
5692                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5693         }
5694
5695         for_each_zone(zone) {
5696                 u64 tmp;
5697
5698                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5699                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5700                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5701                 if (is_highmem(zone)) {
5702                         /*
5703                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5704                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5705                          * value here.
5706                          *
5707                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5708                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
5709                          * not be capped for highmem.
5710                          */
5711                         unsigned long min_pages;
5712
5713                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5714                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5715                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5716                 } else {
5717                         /*
5718                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5719                          * proportionate to the zone's size.
5720                          */
5721                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5722                 }
5723
5724                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5725                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5726
5727                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5728                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5729                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5730
5731                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5732                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5733         }
5734
5735         /* update totalreserve_pages */
5736         calculate_totalreserve_pages();
5737 }
5738
5739 /**
5740  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5741  * or when memory is hot-{added|removed}
5742  *
5743  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5744  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5745  */
5746 void setup_per_zone_wmarks(void)
5747 {
5748         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5749         __setup_per_zone_wmarks();
5750         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5751 }
5752
5753 /*
5754  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5755  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5756  * to be referenced again before it is swapped out.
5757  *
5758  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5759  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5760  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5761  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5762  *
5763  * total     target    max
5764  * memory    ratio     inactive anon
5765  * -------------------------------------
5766  *   10MB       1         5MB
5767  *  100MB       1        50MB
5768  *    1GB       3       250MB
5769  *   10GB      10       0.9GB
5770  *  100GB      31         3GB
5771  *    1TB     101        10GB
5772  *   10TB     320        32GB
5773  */
5774 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5775 {
5776         unsigned int gb, ratio;
5777
5778         /* Zone size in gigabytes */
5779         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5780         if (gb)
5781                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5782         else
5783                 ratio = 1;
5784
5785         zone->inactive_ratio = ratio;
5786 }
5787
5788 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5789 {
5790         struct zone *zone;
5791
5792         for_each_zone(zone)
5793                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5794 }
5795
5796 /*
5797  * Initialise min_free_kbytes.
5798  *
5799  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5800  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5801  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5802  *
5803  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5804  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5805  *
5806  * which yields
5807  *
5808  * 16MB:        512k
5809  * 32MB:        724k
5810  * 64MB:        1024k
5811  * 128MB:       1448k
5812  * 256MB:       2048k
5813  * 512MB:       2896k
5814  * 1024MB:      4096k
5815  * 2048MB:      5792k
5816  * 4096MB:      8192k
5817  * 8192MB:      11584k
5818  * 16384MB:     16384k
5819  */
5820 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5821 {
5822         unsigned long lowmem_kbytes;
5823         int new_min_free_kbytes;
5824
5825         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5826         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5827
5828         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5829                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5830                 if (min_free_kbytes < 128)
5831                         min_free_kbytes = 128;
5832                 if (min_free_kbytes > 65536)
5833                         min_free_kbytes = 65536;
5834         } else {
5835                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5836                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5837         }
5838         setup_per_zone_wmarks();
5839         refresh_zone_stat_thresholds();
5840         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5841         setup_per_zone_inactive_ratio();
5842         return 0;
5843 }
5844 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5845
5846 /*
5847  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5848  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5849  *      changes.
5850  */
5851 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5852         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5853 {
5854         int rc;
5855
5856         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5857         if (rc)
5858                 return rc;
5859
5860         if (write) {
5861                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5862                 setup_per_zone_wmarks();
5863         }
5864         return 0;
5865 }
5866
5867 #ifdef CONFIG_NUMA
5868 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5869         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5870 {
5871         struct zone *zone;
5872         int rc;
5873
5874         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5875         if (rc)
5876                 return rc;
5877
5878         for_each_zone(zone)
5879                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5880                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5881         return 0;
5882 }
5883
5884 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5885         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5886 {
5887         struct zone *zone;
5888         int rc;
5889
5890         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5891         if (rc)
5892                 return rc;
5893
5894         for_each_zone(zone)
5895                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5896                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5897         return 0;
5898 }
5899 #endif
5900
5901 /*
5902  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5903  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5904  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5905  *
5906  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5907  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5908  * if in function of the boot time zone sizes.
5909  */
5910 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5911         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5912 {
5913         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5914         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5915         return 0;
5916 }
5917
5918 /*
5919  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5920  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5921  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5922  */
5923 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5924         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5925 {
5926         struct zone *zone;
5927         int old_percpu_pagelist_fraction;
5928         int ret;
5929
5930         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5931         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5932
5933         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5934         if (!write || ret < 0)
5935                 goto out;
5936
5937         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5938         if (percpu_pagelist_fraction &&
5939             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5940                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5941                 ret = -EINVAL;
5942                 goto out;
5943         }
5944
5945         /* No change? */
5946         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
5947                 goto out;
5948
5949         for_each_populated_zone(zone) {
5950                 unsigned int cpu;
5951
5952                 for_each_possible_cpu(cpu)
5953                         pageset_set_high_and_batch(zone,
5954                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
5955         }
5956 out:
5957         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5958         return ret;
5959 }
5960
5961 #ifdef CONFIG_NUMA
5962 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5963
5964 static int __init set_hashdist(char *str)
5965 {
5966         if (!str)
5967                 return 0;
5968         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5969         return 1;
5970 }
5971 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5972 #endif
5973
5974 /*
5975  * allocate a large system hash table from bootmem
5976  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5977  *   quantity of entries
5978  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5979  */
5980 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5981                                      unsigned long bucketsize,
5982                                      unsigned long numentries,
5983                                      int scale,
5984                                      int flags,
5985                                      unsigned int *_hash_shift,
5986                                      unsigned int *_hash_mask,
5987                                      unsigned long low_limit,
5988                                      unsigned long high_limit)
5989 {
5990         unsigned long long max = high_limit;
5991         unsigned long log2qty, size;
5992         void *table = NULL;
5993
5994         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5995         if (!numentries) {
5996                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
5997                 numentries = nr_kernel_pages;
5998
5999                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6000                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6001                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6002
6003                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6004                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6005                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6006                 else
6007                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6008
6009                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6010                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6011                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6012                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6013                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6014                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6015                                 BUG_ON(!numentries);
6016                         }
6017                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6018                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6019         }
6020         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6021
6022         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6023         if (max == 0) {
6024                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6025                 do_div(max, bucketsize);
6026         }
6027         max = min(max, 0x80000000ULL);
6028
6029         if (numentries < low_limit)
6030                 numentries = low_limit;
6031         if (numentries > max)
6032                 numentries = max;
6033
6034         log2qty = ilog2(numentries);
6035
6036         do {
6037                 size = bucketsize << log2qty;
6038                 if (flags & HASH_EARLY)
6039                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6040                 else if (hashdist)
6041                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6042                 else {
6043                         /*
6044                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6045                          * some pages at the end of hash table which
6046                          * alloc_pages_exact() automatically does
6047                          */
6048                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6049                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6050                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6051                         }
6052                 }
6053         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6054
6055         if (!table)
6056                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6057
6058         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6059                tablename,
6060                (1UL << log2qty),
6061                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6062                size);
6063
6064         if (_hash_shift)
6065                 *_hash_shift = log2qty;
6066         if (_hash_mask)
6067                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6068
6069         return table;
6070 }
6071
6072 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6073 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6074                                                         unsigned long pfn)
6075 {
6076 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6077         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6078 #else
6079         return zone->pageblock_flags;
6080 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6081 }
6082
6083 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6084 {
6085 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6086         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6087         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6088 #else
6089         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6090         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6091 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6092 }
6093
6094 /**
6095  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6096  * @page: The page within the block of interest
6097  * @pfn: The target page frame number
6098  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6099  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6100  *
6101  * Return: pageblock_bits flags
6102  */
6103 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6104                                         unsigned long end_bitidx,
6105                                         unsigned long mask)
6106 {
6107         struct zone *zone;
6108         unsigned long *bitmap;
6109         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6110         unsigned long word;
6111
6112         zone = page_zone(page);
6113         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6114         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6115         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6116         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6117
6118         word = bitmap[word_bitidx];
6119         bitidx += end_bitidx;
6120         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6121 }
6122
6123 /**
6124  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6125  * @page: The page within the block of interest
6126  * @flags: The flags to set
6127  * @pfn: The target page frame number
6128  * @end_bitidx: The last bit of interest
6129  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6130  */
6131 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6132                                         unsigned long pfn,
6133                                         unsigned long end_bitidx,
6134                                         unsigned long mask)
6135 {
6136         struct zone *zone;
6137         unsigned long *bitmap;
6138         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6139         unsigned long old_word, word;
6140
6141         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6142
6143         zone = page_zone(page);
6144         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6145         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6146         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6147         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6148
6149         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6150
6151         bitidx += end_bitidx;
6152         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6153         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6154
6155         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6156         for (;;) {
6157                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6158                 if (word == old_word)
6159                         break;
6160                 word = old_word;
6161         }
6162 }
6163
6164 /*
6165  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6166  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6167  *
6168  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6169  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6170  * expect this function should be exact.
6171  */
6172 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6173                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6174 {
6175         unsigned long pfn, iter, found;
6176         int mt;
6177
6178         /*
6179          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6180          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6181          */
6182         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6183                 return false;
6184         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6185         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6186                 return false;
6187
6188         pfn = page_to_pfn(page);
6189         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6190                 unsigned long check = pfn + iter;
6191
6192                 if (!pfn_valid_within(check))
6193                         continue;
6194
6195                 page = pfn_to_page(check);
6196
6197                 /*
6198                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6199                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6200                  * handle each tail page individually in migration.
6201                  */
6202                 if (PageHuge(page)) {
6203                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6204                         continue;
6205                 }
6206
6207                 /*
6208                  * We can't use page_count without pin a page
6209                  * because another CPU can free compound page.
6210                  * This check already skips compound tails of THP
6211                  * because their page->_count is zero at all time.
6212                  */
6213                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6214                         if (PageBuddy(page))
6215                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6216                         continue;
6217                 }
6218
6219                 /*
6220                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6221                  * page_count() is not 0.
6222                  */
6223                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6224                         continue;
6225
6226                 if (!PageLRU(page))
6227                         found++;
6228                 /*
6229                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6230                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6231                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6232                  */
6233                 /*
6234                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6235                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6236                  *
6237                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6238                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6239                  * page at boot.
6240                  */
6241                 if (found > count)
6242                         return true;
6243         }
6244         return false;
6245 }
6246
6247 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6248 {
6249         struct zone *zone;
6250         unsigned long pfn;
6251
6252         /*
6253          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6254          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6255          * the zone but still within the section.
6256          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6257          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6258          */
6259         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6260                 return false;
6261
6262         zone = page_zone(page);
6263         pfn = page_to_pfn(page);
6264         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6265                 return false;
6266
6267         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6268 }
6269
6270 #ifdef CONFIG_CMA
6271
6272 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6273 {
6274         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6275                              pageblock_nr_pages) - 1);
6276 }
6277
6278 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6279 {
6280         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6281                                 pageblock_nr_pages));
6282 }
6283
6284 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6285 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6286                                         unsigned long start, unsigned long end)
6287 {
6288         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6289         unsigned long nr_reclaimed;
6290         unsigned long pfn = start;
6291         unsigned int tries = 0;
6292         int ret = 0;
6293
6294         migrate_prep();
6295
6296         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6297                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6298                         ret = -EINTR;
6299                         break;
6300                 }
6301
6302                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6303                         cc->nr_migratepages = 0;
6304                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6305                         if (!pfn) {
6306                                 ret = -EINTR;
6307                                 break;
6308                         }
6309                         tries = 0;
6310                 } else if (++tries == 5) {
6311                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6312                         break;
6313                 }
6314
6315                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6316                                                         &cc->migratepages);
6317                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6318
6319                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6320                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6321         }
6322         if (ret < 0) {
6323                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6324                 return ret;
6325         }
6326         return 0;
6327 }
6328
6329 /**
6330  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6331  * @start:      start PFN to allocate
6332  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6333  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6334  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6335  *                      in range must have the same migratetype and it must
6336  *                      be either of the two.
6337  *
6338  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6339  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6340  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6341  * pages fall in.
6342  *
6343  * The PFN range must belong to a single zone.
6344  *
6345  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6346  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6347  * need to be freed with free_contig_range().
6348  */
6349 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6350                        unsigned migratetype)
6351 {
6352         unsigned long outer_start, outer_end;
6353         int ret = 0, order;
6354
6355         struct compact_control cc = {
6356                 .nr_migratepages = 0,
6357                 .order = -1,
6358                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6359                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6360                 .ignore_skip_hint = true,
6361         };
6362         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6363
6364         /*
6365          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6366          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6367          * have different sizes, and due to the way page allocator
6368          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6369          * that page allocator won't try to merge buddies from
6370          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6371          * other migration type.
6372          *
6373          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6374          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6375          * we are interested in).  This will put all the pages in
6376          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6377          *
6378          * When this is done, we take the pages in range from page
6379          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6380          * page allocator will never consider using them.
6381          *
6382          * This lets us mark the pageblocks back as
6383          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6384          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6385          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6386          */
6387
6388         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6389                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6390                                        false);
6391         if (ret)
6392                 return ret;
6393
6394         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6395         if (ret)
6396                 goto done;
6397
6398         /*
6399          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6400          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6401          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6402          * What we are going to do is to allocate all pages from
6403          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6404          *
6405          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6406          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6407          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6408          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6409          * once this is done free the pages we are not interested in.
6410          *
6411          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6412          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6413          */
6414
6415         lru_add_drain_all();
6416         drain_all_pages(cc.zone);
6417
6418         order = 0;
6419         outer_start = start;
6420         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6421                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6422                         ret = -EBUSY;
6423                         goto done;
6424                 }
6425                 outer_start &= ~0UL << order;
6426         }
6427
6428         /* Make sure the range is really isolated. */
6429         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6430                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6431                         __func__, outer_start, end);
6432                 ret = -EBUSY;
6433                 goto done;
6434         }
6435
6436         /* Grab isolated pages from freelists. */
6437         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6438         if (!outer_end) {
6439                 ret = -EBUSY;
6440                 goto done;
6441         }
6442
6443         /* Free head and tail (if any) */
6444         if (start != outer_start)
6445                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6446         if (end != outer_end)
6447                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6448
6449 done:
6450         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6451                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6452         return ret;
6453 }
6454
6455 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6456 {
6457         unsigned int count = 0;
6458
6459         for (; nr_pages--; pfn++) {
6460                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6461
6462                 count += page_count(page) != 1;
6463                 __free_page(page);
6464         }
6465         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6466 }
6467 #endif
6468
6469 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6470 /*
6471  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6472  * page high values need to be recalulated.
6473  */
6474 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6475 {
6476         unsigned cpu;
6477         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6478         for_each_possible_cpu(cpu)
6479                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6480                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6481         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6482 }
6483 #endif
6484
6485 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6486 {
6487         unsigned long flags;
6488         int cpu;
6489         struct per_cpu_pageset *pset;
6490
6491         /* avoid races with drain_pages()  */
6492         local_irq_save(flags);
6493         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6494                 for_each_online_cpu(cpu) {
6495                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6496                         drain_zonestat(zone, pset);
6497                 }
6498                 free_percpu(zone->pageset);
6499                 zone->pageset = &boot_pageset;
6500         }
6501         local_irq_restore(flags);
6502 }
6503
6504 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6505 /*
6506  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6507  */
6508 void
6509 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6510 {
6511         struct page *page;
6512         struct zone *zone;
6513         unsigned int order, i;
6514         unsigned long pfn;
6515         unsigned long flags;
6516         /* find the first valid pfn */
6517         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6518                 if (pfn_valid(pfn))
6519                         break;
6520         if (pfn == end_pfn)
6521                 return;
6522         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6523         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6524         pfn = start_pfn;
6525         while (pfn < end_pfn) {
6526                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6527                         pfn++;
6528                         continue;
6529                 }
6530                 page = pfn_to_page(pfn);
6531                 /*
6532                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6533                  * page_count() is not 0.
6534                  */
6535                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6536                         pfn++;
6537                         SetPageReserved(page);
6538                         continue;
6539                 }
6540
6541                 BUG_ON(page_count(page));
6542                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6543                 order = page_order(page);
6544 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6545                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6546                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6547 #endif
6548                 list_del(&page->lru);
6549                 rmv_page_order(page);
6550                 zone->free_area[order].nr_free--;
6551                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6552                         SetPageReserved((page+i));
6553                 pfn += (1 << order);
6554         }
6555         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6556 }
6557 #endif
6558
6559 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6560 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6561 {
6562         struct zone *zone = page_zone(page);
6563         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6564         unsigned long flags;
6565         unsigned int order;
6566
6567         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6568         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6569                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6570
6571                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6572                         break;
6573         }
6574         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6575
6576         return order < MAX_ORDER;
6577 }
6578 #endif