mm: meminit: minimise number of pfn->page lookups during initialisation
[pandora-kernel.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 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
239 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
240 {
241         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
242 }
243
244 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
245 static inline bool __defermem_init early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
246 {
247         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
248
249         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
250                 return true;
251
252         return false;
253 }
254
255 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
256 {
257         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
258                 return true;
259
260         return false;
261 }
262
263 /*
264  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
265  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
266  */
267 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
268                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
269                                 unsigned long *nr_initialised)
270 {
271         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
272         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
273                 return true;
274
275         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
276         (*nr_initialised)++;
277         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
278             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
279                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
280                 return false;
281         }
282
283         return true;
284 }
285 #else
286 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
287 {
288 }
289
290 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
291 {
292         return false;
293 }
294
295 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
296 {
297         return false;
298 }
299
300 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
301                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
302                                 unsigned long *nr_initialised)
303 {
304         return true;
305 }
306 #endif
307
308
309 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
310 {
311         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
312                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
313                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
314
315         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
316                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
317 }
318
319 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
320 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
321 {
322         int ret = 0;
323         unsigned seq;
324         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
325         unsigned long sp, start_pfn;
326
327         do {
328                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
329                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
330                 sp = zone->spanned_pages;
331                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
332                         ret = 1;
333         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
334
335         if (ret)
336                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
337                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
338                         start_pfn, start_pfn + sp);
339
340         return ret;
341 }
342
343 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
344 {
345         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
346                 return 0;
347         if (zone != page_zone(page))
348                 return 0;
349
350         return 1;
351 }
352 /*
353  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
354  */
355 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
356 {
357         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
358                 return 1;
359         if (!page_is_consistent(zone, page))
360                 return 1;
361
362         return 0;
363 }
364 #else
365 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
366 {
367         return 0;
368 }
369 #endif
370
371 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
372                 unsigned long bad_flags)
373 {
374         static unsigned long resume;
375         static unsigned long nr_shown;
376         static unsigned long nr_unshown;
377
378         /* Don't complain about poisoned pages */
379         if (PageHWPoison(page)) {
380                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
381                 return;
382         }
383
384         /*
385          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
386          * or allow a steady drip of one report per second.
387          */
388         if (nr_shown == 60) {
389                 if (time_before(jiffies, resume)) {
390                         nr_unshown++;
391                         goto out;
392                 }
393                 if (nr_unshown) {
394                         printk(KERN_ALERT
395                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
396                                 nr_unshown);
397                         nr_unshown = 0;
398                 }
399                 nr_shown = 0;
400         }
401         if (nr_shown++ == 0)
402                 resume = jiffies + 60 * HZ;
403
404         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
405                 current->comm, page_to_pfn(page));
406         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
407
408         print_modules();
409         dump_stack();
410 out:
411         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
412         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
413         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
414 }
415
416 /*
417  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
418  *
419  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
420  *
421  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
422  *
423  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
424  * pointing at the head page.
425  *
426  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
427  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
428  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
429  */
430
431 static void free_compound_page(struct page *page)
432 {
433         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
434 }
435
436 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
437 {
438         int i;
439         int nr_pages = 1 << order;
440
441         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
442         set_compound_order(page, order);
443         __SetPageHead(page);
444         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
445                 struct page *p = page + i;
446                 set_page_count(p, 0);
447                 p->first_page = page;
448                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
449                 smp_wmb();
450                 __SetPageTail(p);
451         }
452 }
453
454 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
455 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
456 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
457 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
458
459 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
460 {
461         if (!buf)
462                 return -EINVAL;
463
464         if (strcmp(buf, "on") == 0)
465                 _debug_pagealloc_enabled = true;
466
467         return 0;
468 }
469 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
470
471 static bool need_debug_guardpage(void)
472 {
473         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
474         if (!debug_pagealloc_enabled())
475                 return false;
476
477         return true;
478 }
479
480 static void init_debug_guardpage(void)
481 {
482         if (!debug_pagealloc_enabled())
483                 return;
484
485         _debug_guardpage_enabled = true;
486 }
487
488 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
489         .need = need_debug_guardpage,
490         .init = init_debug_guardpage,
491 };
492
493 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
494 {
495         unsigned long res;
496
497         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
498                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
499                 return 0;
500         }
501         _debug_guardpage_minorder = res;
502         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
503         return 0;
504 }
505 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
506
507 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
508                                 unsigned int order, int migratetype)
509 {
510         struct page_ext *page_ext;
511
512         if (!debug_guardpage_enabled())
513                 return;
514
515         page_ext = lookup_page_ext(page);
516         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
517
518         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
519         set_page_private(page, order);
520         /* Guard pages are not available for any usage */
521         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
522 }
523
524 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
525                                 unsigned int order, int migratetype)
526 {
527         struct page_ext *page_ext;
528
529         if (!debug_guardpage_enabled())
530                 return;
531
532         page_ext = lookup_page_ext(page);
533         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
534
535         set_page_private(page, 0);
536         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
537                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
538 }
539 #else
540 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
541 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
542                                 unsigned int order, int migratetype) {}
543 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
544                                 unsigned int order, int migratetype) {}
545 #endif
546
547 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
548 {
549         set_page_private(page, order);
550         __SetPageBuddy(page);
551 }
552
553 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
554 {
555         __ClearPageBuddy(page);
556         set_page_private(page, 0);
557 }
558
559 /*
560  * This function checks whether a page is free && is the buddy
561  * we can do coalesce a page and its buddy if
562  * (a) the buddy is not in a hole &&
563  * (b) the buddy is in the buddy system &&
564  * (c) a page and its buddy have the same order &&
565  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
566  *
567  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
568  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
569  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
570  * serialized by zone->lock.
571  *
572  * For recording page's order, we use page_private(page).
573  */
574 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
575                                                         unsigned int order)
576 {
577         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
578                 return 0;
579
580         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
581                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
582                         return 0;
583
584                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
585
586                 return 1;
587         }
588
589         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
590                 /*
591                  * zone check is done late to avoid uselessly
592                  * calculating zone/node ids for pages that could
593                  * never merge.
594                  */
595                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
596                         return 0;
597
598                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
599
600                 return 1;
601         }
602         return 0;
603 }
604
605 /*
606  * Freeing function for a buddy system allocator.
607  *
608  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
609  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
610  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
611  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
612  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
613  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
614  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
615  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
616  * parts of the VM system.
617  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
618  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
619  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
620  * field.
621  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
622  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
623  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
624  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
625  * triggers coalescing into a block of larger size.
626  *
627  * -- nyc
628  */
629
630 static inline void __free_one_page(struct page *page,
631                 unsigned long pfn,
632                 struct zone *zone, unsigned int order,
633                 int migratetype)
634 {
635         unsigned long page_idx;
636         unsigned long combined_idx;
637         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
638         struct page *buddy;
639         int max_order = MAX_ORDER;
640
641         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
642         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
643
644         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
645         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
646                 /*
647                  * We restrict max order of merging to prevent merge
648                  * between freepages on isolate pageblock and normal
649                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
650                  * could cause incorrect freepage accounting.
651                  */
652                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
653         } else {
654                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
655         }
656
657         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
658
659         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
660         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
661
662         while (order < max_order - 1) {
663                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
664                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
665                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
666                         break;
667                 /*
668                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
669                  * merge with it and move up one order.
670                  */
671                 if (page_is_guard(buddy)) {
672                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
673                 } else {
674                         list_del(&buddy->lru);
675                         zone->free_area[order].nr_free--;
676                         rmv_page_order(buddy);
677                 }
678                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
679                 page = page + (combined_idx - page_idx);
680                 page_idx = combined_idx;
681                 order++;
682         }
683         set_page_order(page, order);
684
685         /*
686          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
687          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
688          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
689          * that is happening, add the free page to the tail of the list
690          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
691          * as a higher order page
692          */
693         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
694                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
695                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
696                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
697                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
698                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
699                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
700                         list_add_tail(&page->lru,
701                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
702                         goto out;
703                 }
704         }
705
706         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
707 out:
708         zone->free_area[order].nr_free++;
709 }
710
711 static inline int free_pages_check(struct page *page)
712 {
713         const char *bad_reason = NULL;
714         unsigned long bad_flags = 0;
715
716         if (unlikely(page_mapcount(page)))
717                 bad_reason = "nonzero mapcount";
718         if (unlikely(page->mapping != NULL))
719                 bad_reason = "non-NULL mapping";
720         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
721                 bad_reason = "nonzero _count";
722         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
723                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
724                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
725         }
726 #ifdef CONFIG_MEMCG
727         if (unlikely(page->mem_cgroup))
728                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
729 #endif
730         if (unlikely(bad_reason)) {
731                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
732                 return 1;
733         }
734         page_cpupid_reset_last(page);
735         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
736                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
737         return 0;
738 }
739
740 /*
741  * Frees a number of pages from the PCP lists
742  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
743  * count is the number of pages to free.
744  *
745  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
746  * see if this freeing clears that state.
747  *
748  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
749  * pinned" detection logic.
750  */
751 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
752                                         struct per_cpu_pages *pcp)
753 {
754         int migratetype = 0;
755         int batch_free = 0;
756         int to_free = count;
757         unsigned long nr_scanned;
758
759         spin_lock(&zone->lock);
760         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
761         if (nr_scanned)
762                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
763
764         while (to_free) {
765                 struct page *page;
766                 struct list_head *list;
767
768                 /*
769                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
770                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
771                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
772                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
773                  * lists
774                  */
775                 do {
776                         batch_free++;
777                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
778                                 migratetype = 0;
779                         list = &pcp->lists[migratetype];
780                 } while (list_empty(list));
781
782                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
783                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
784                         batch_free = to_free;
785
786                 do {
787                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
788
789                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
790                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
791                         list_del(&page->lru);
792                         mt = get_freepage_migratetype(page);
793                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
794                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
795
796                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
797                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
798                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
799                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
800         }
801         spin_unlock(&zone->lock);
802 }
803
804 static void free_one_page(struct zone *zone,
805                                 struct page *page, unsigned long pfn,
806                                 unsigned int order,
807                                 int migratetype)
808 {
809         unsigned long nr_scanned;
810         spin_lock(&zone->lock);
811         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
812         if (nr_scanned)
813                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
814
815         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
816                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
817                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
818         }
819         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
820         spin_unlock(&zone->lock);
821 }
822
823 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
824 {
825         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM))
826                 return 0;
827         if (unlikely(!PageTail(page))) {
828                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
829                 return 1;
830         }
831         if (unlikely(page->first_page != head_page)) {
832                 bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
833                 return 1;
834         }
835         return 0;
836 }
837
838 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
839                                 unsigned long zone, int nid)
840 {
841         struct zone *z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
842
843         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
844         mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
845         init_page_count(page);
846         page_mapcount_reset(page);
847         page_cpupid_reset_last(page);
848
849         /*
850          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
851          * movable at startup. This will force kernel allocations
852          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
853          * the address space during boot when many long-lived
854          * kernel allocations are made. Later some blocks near
855          * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
856          * setup_zone_migrate_reserve()
857          *
858          * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
859          * can be created for invalid pages (for alignment)
860          * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
861          * pfn out of zone.
862          */
863         if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
864             && (pfn < zone_end_pfn(z))
865             && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
866                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
867
868         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
869 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
870         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
871         if (!is_highmem_idx(zone))
872                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
873 #endif
874 }
875
876 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
877                                         int nid)
878 {
879         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
880 }
881
882 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
883 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
884 {
885         pg_data_t *pgdat;
886         int nid, zid;
887
888         if (!early_page_uninitialised(pfn))
889                 return;
890
891         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
892         pgdat = NODE_DATA(nid);
893
894         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
895                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
896
897                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
898                         break;
899         }
900         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
901 }
902 #else
903 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
904 {
905 }
906 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
907
908 /*
909  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
910  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
911  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
912  * sent to the buddy page allocator.
913  */
914 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
915 {
916         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
917         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
918
919         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
920                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
921                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
922
923                         init_reserved_page(start_pfn);
924                         SetPageReserved(page);
925                 }
926         }
927 }
928
929 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
930 {
931         bool compound = PageCompound(page);
932         int i, bad = 0;
933
934         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
935         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
936
937         trace_mm_page_free(page, order);
938         kmemcheck_free_shadow(page, order);
939         kasan_free_pages(page, order);
940
941         if (PageAnon(page))
942                 page->mapping = NULL;
943         bad += free_pages_check(page);
944         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
945                 if (compound)
946                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
947                 bad += free_pages_check(page + i);
948         }
949         if (bad)
950                 return false;
951
952         reset_page_owner(page, order);
953
954         if (!PageHighMem(page)) {
955                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
956                                            PAGE_SIZE << order);
957                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
958                                            PAGE_SIZE << order);
959         }
960         arch_free_page(page, order);
961         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
962
963         return true;
964 }
965
966 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
967 {
968         unsigned long flags;
969         int migratetype;
970         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
971
972         if (!free_pages_prepare(page, order))
973                 return;
974
975         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
976         local_irq_save(flags);
977         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
978         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
979         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
980         local_irq_restore(flags);
981 }
982
983 static void __defer_init __free_pages_boot_core(struct page *page,
984                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
985 {
986         unsigned int nr_pages = 1 << order;
987         struct page *p = page;
988         unsigned int loop;
989
990         prefetchw(p);
991         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
992                 prefetchw(p + 1);
993                 __ClearPageReserved(p);
994                 set_page_count(p, 0);
995         }
996         __ClearPageReserved(p);
997         set_page_count(p, 0);
998
999         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1000         set_page_refcounted(page);
1001         __free_pages(page, order);
1002 }
1003
1004 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1005         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1006 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1007 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1008
1009 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1010 {
1011         int nid;
1012
1013         /* The system will behave unpredictably otherwise */
1014         BUG_ON(system_state != SYSTEM_BOOTING);
1015
1016         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1017         if (nid >= 0)
1018                 return nid;
1019         /* just returns 0 */
1020         return 0;
1021 }
1022 #endif
1023
1024 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1025 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1026                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1027 {
1028         int nid;
1029
1030         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1031         if (nid >= 0 && nid != node)
1032                 return false;
1033         return true;
1034 }
1035
1036 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1037 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1038 {
1039         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1040 }
1041
1042 #else
1043
1044 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1045 {
1046         return true;
1047 }
1048 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1049                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1050 {
1051         return true;
1052 }
1053 #endif
1054
1055
1056 void __defer_init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1057                                                         unsigned int order)
1058 {
1059         if (early_page_uninitialised(pfn))
1060                 return;
1061         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1062 }
1063
1064 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1065 /* Initialise remaining memory on a node */
1066 void __defermem_init deferred_init_memmap(int nid)
1067 {
1068         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1069         unsigned long start = jiffies;
1070         unsigned long nr_pages = 0;
1071         unsigned long walk_start, walk_end;
1072         int i, zid;
1073         struct zone *zone;
1074         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1075         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1076
1077         if (first_init_pfn == ULONG_MAX)
1078                 return;
1079
1080         /* Sanity check boundaries */
1081         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1082         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1083         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1084
1085         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1086         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1087                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1088                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1089                         break;
1090         }
1091
1092         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1093                 unsigned long pfn, end_pfn;
1094                 struct page *page = NULL;
1095
1096                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1097                 pfn = first_init_pfn;
1098                 if (pfn < walk_start)
1099                         pfn = walk_start;
1100                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1101                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1102
1103                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1104                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1105                                 continue;
1106
1107                         /*
1108                          * Ensure pfn_valid is checked every
1109                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1110                          */
1111                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1112                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1113                                         page = NULL;
1114                                         continue;
1115                                 }
1116                         }
1117
1118                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1119                                 page = NULL;
1120                                 continue;
1121                         }
1122
1123                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1124                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1125                                 page++;
1126                         } else {
1127                                 page = pfn_to_page(pfn);
1128                                 cond_resched();
1129                         }
1130
1131                         if (page->flags) {
1132                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1133                                 continue;
1134                         }
1135
1136                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1137                         __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1138                         nr_pages++;
1139                 }
1140                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1141         }
1142
1143         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1144         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1145
1146         pr_info("kswapd %d initialised %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1147                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1148 }
1149 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1150
1151 #ifdef CONFIG_CMA
1152 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1153 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1154 {
1155         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1156         struct page *p = page;
1157
1158         do {
1159                 __ClearPageReserved(p);
1160                 set_page_count(p, 0);
1161         } while (++p, --i);
1162
1163         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1164
1165         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1166                 i = pageblock_nr_pages;
1167                 p = page;
1168                 do {
1169                         set_page_refcounted(p);
1170                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1171                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1172                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1173         } else {
1174                 set_page_refcounted(page);
1175                 __free_pages(page, pageblock_order);
1176         }
1177
1178         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1179 }
1180 #endif
1181
1182 /*
1183  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1184  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1185  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1186  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1187  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1188  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1189  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1190  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1191  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1192  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1193  *
1194  * -- nyc
1195  */
1196 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1197         int low, int high, struct free_area *area,
1198         int migratetype)
1199 {
1200         unsigned long size = 1 << high;
1201
1202         while (high > low) {
1203                 area--;
1204                 high--;
1205                 size >>= 1;
1206                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1207
1208                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1209                         debug_guardpage_enabled() &&
1210                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1211                         /*
1212                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1213                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1214                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1215                          * pages will stay not present in virtual address space
1216                          */
1217                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1218                         continue;
1219                 }
1220                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1221                 area->nr_free++;
1222                 set_page_order(&page[size], high);
1223         }
1224 }
1225
1226 /*
1227  * This page is about to be returned from the page allocator
1228  */
1229 static inline int check_new_page(struct page *page)
1230 {
1231         const char *bad_reason = NULL;
1232         unsigned long bad_flags = 0;
1233
1234         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1235                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1236         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1237                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1238         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1239                 bad_reason = "nonzero _count";
1240         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1241                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1242                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1243         }
1244 #ifdef CONFIG_MEMCG
1245         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1246                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1247 #endif
1248         if (unlikely(bad_reason)) {
1249                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1250                 return 1;
1251         }
1252         return 0;
1253 }
1254
1255 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1256                                                                 int alloc_flags)
1257 {
1258         int i;
1259
1260         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1261                 struct page *p = page + i;
1262                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1263                         return 1;
1264         }
1265
1266         set_page_private(page, 0);
1267         set_page_refcounted(page);
1268
1269         arch_alloc_page(page, order);
1270         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1271         kasan_alloc_pages(page, order);
1272
1273         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1274                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1275                         clear_highpage(page + i);
1276
1277         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1278                 prep_compound_page(page, order);
1279
1280         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1281
1282         /*
1283          * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1284          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1285          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1286          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1287          */
1288         page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
1289
1290         return 0;
1291 }
1292
1293 /*
1294  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1295  * the smallest available page from the freelists
1296  */
1297 static inline
1298 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1299                                                 int migratetype)
1300 {
1301         unsigned int current_order;
1302         struct free_area *area;
1303         struct page *page;
1304
1305         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1306         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1307                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1308                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1309                         continue;
1310
1311                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1312                                                         struct page, lru);
1313                 list_del(&page->lru);
1314                 rmv_page_order(page);
1315                 area->nr_free--;
1316                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1317                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1318                 return page;
1319         }
1320
1321         return NULL;
1322 }
1323
1324
1325 /*
1326  * This array describes the order lists are fallen back to when
1327  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1328  */
1329 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1330         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1331         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
1332         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
1333 #ifdef CONFIG_CMA
1334         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1335 #endif
1336         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1337 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1338         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
1339 #endif
1340 };
1341
1342 #ifdef CONFIG_CMA
1343 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1344                                         unsigned int order)
1345 {
1346         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1347 }
1348 #else
1349 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1350                                         unsigned int order) { return NULL; }
1351 #endif
1352
1353 /*
1354  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1355  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1356  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1357  */
1358 int move_freepages(struct zone *zone,
1359                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1360                           int migratetype)
1361 {
1362         struct page *page;
1363         unsigned long order;
1364         int pages_moved = 0;
1365
1366 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1367         /*
1368          * page_zone is not safe to call in this context when
1369          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1370          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1371          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1372          * grouping pages by mobility
1373          */
1374         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1375 #endif
1376
1377         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1378                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1379                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1380
1381                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1382                         page++;
1383                         continue;
1384                 }
1385
1386                 if (!PageBuddy(page)) {
1387                         page++;
1388                         continue;
1389                 }
1390
1391                 order = page_order(page);
1392                 list_move(&page->lru,
1393                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1394                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1395                 page += 1 << order;
1396                 pages_moved += 1 << order;
1397         }
1398
1399         return pages_moved;
1400 }
1401
1402 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1403                                 int migratetype)
1404 {
1405         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1406         struct page *start_page, *end_page;
1407
1408         start_pfn = page_to_pfn(page);
1409         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1410         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1411         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1412         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1413
1414         /* Do not cross zone boundaries */
1415         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1416                 start_page = page;
1417         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1418                 return 0;
1419
1420         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1421 }
1422
1423 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1424                                         int start_order, int migratetype)
1425 {
1426         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1427
1428         while (nr_pageblocks--) {
1429                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1430                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1431         }
1432 }
1433
1434 /*
1435  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1436  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1437  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1438  *
1439  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1440  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1441  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1442  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1443  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1444  * pageblocks.
1445  */
1446 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1447 {
1448         /*
1449          * Leaving this order check is intended, although there is
1450          * relaxed order check in next check. The reason is that
1451          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1452          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1453          * so could be changed anytime.
1454          */
1455         if (order >= pageblock_order)
1456                 return true;
1457
1458         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1459                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1460                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1461                 page_group_by_mobility_disabled)
1462                 return true;
1463
1464         return false;
1465 }
1466
1467 /*
1468  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1469  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1470  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1471  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1472  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1473  */
1474 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1475                                                           int start_type)
1476 {
1477         int current_order = page_order(page);
1478         int pages;
1479
1480         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1481         if (current_order >= pageblock_order) {
1482                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1483                 return;
1484         }
1485
1486         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1487
1488         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1489         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1490                         page_group_by_mobility_disabled)
1491                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1492 }
1493
1494 /*
1495  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1496  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1497  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1498  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1499  */
1500 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1501                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1502 {
1503         int i;
1504         int fallback_mt;
1505
1506         if (area->nr_free == 0)
1507                 return -1;
1508
1509         *can_steal = false;
1510         for (i = 0;; i++) {
1511                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1512                 if (fallback_mt == MIGRATE_RESERVE)
1513                         break;
1514
1515                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1516                         continue;
1517
1518                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1519                         *can_steal = true;
1520
1521                 if (!only_stealable)
1522                         return fallback_mt;
1523
1524                 if (*can_steal)
1525                         return fallback_mt;
1526         }
1527
1528         return -1;
1529 }
1530
1531 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1532 static inline struct page *
1533 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1534 {
1535         struct free_area *area;
1536         unsigned int current_order;
1537         struct page *page;
1538         int fallback_mt;
1539         bool can_steal;
1540
1541         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1542         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1543                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1544                                 --current_order) {
1545                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1546                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1547                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1548                 if (fallback_mt == -1)
1549                         continue;
1550
1551                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1552                                                 struct page, lru);
1553                 if (can_steal)
1554                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1555
1556                 /* Remove the page from the freelists */
1557                 area->nr_free--;
1558                 list_del(&page->lru);
1559                 rmv_page_order(page);
1560
1561                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1562                                         start_migratetype);
1563                 /*
1564                  * The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1565                  * migratetype depending on the decisions in
1566                  * try_to_steal_freepages(). This is OK as long as it
1567                  * does not differ for MIGRATE_CMA pageblocks. For CMA
1568                  * we need to make sure unallocated pages flushed from
1569                  * pcp lists are returned to the correct freelist.
1570                  */
1571                 set_freepage_migratetype(page, start_migratetype);
1572
1573                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1574                         start_migratetype, fallback_mt);
1575
1576                 return page;
1577         }
1578
1579         return NULL;
1580 }
1581
1582 /*
1583  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1584  * Call me with the zone->lock already held.
1585  */
1586 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1587                                                 int migratetype)
1588 {
1589         struct page *page;
1590
1591 retry_reserve:
1592         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1593
1594         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1595                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1596                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1597
1598                 if (!page)
1599                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1600
1601                 /*
1602                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1603                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1604                  * and we want just one call site
1605                  */
1606                 if (!page) {
1607                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1608                         goto retry_reserve;
1609                 }
1610         }
1611
1612         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1613         return page;
1614 }
1615
1616 /*
1617  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1618  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1619  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1620  */
1621 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1622                         unsigned long count, struct list_head *list,
1623                         int migratetype, bool cold)
1624 {
1625         int i;
1626
1627         spin_lock(&zone->lock);
1628         for (i = 0; i < count; ++i) {
1629                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1630                 if (unlikely(page == NULL))
1631                         break;
1632
1633                 /*
1634                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1635                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1636                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1637                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1638                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1639                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1640                  * properly.
1641                  */
1642                 if (likely(!cold))
1643                         list_add(&page->lru, list);
1644                 else
1645                         list_add_tail(&page->lru, list);
1646                 list = &page->lru;
1647                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1648                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1649                                               -(1 << order));
1650         }
1651         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1652         spin_unlock(&zone->lock);
1653         return i;
1654 }
1655
1656 #ifdef CONFIG_NUMA
1657 /*
1658  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1659  * currently executing processor on remote nodes after they have
1660  * expired.
1661  *
1662  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1663  * a single processor.
1664  */
1665 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1666 {
1667         unsigned long flags;
1668         int to_drain, batch;
1669
1670         local_irq_save(flags);
1671         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1672         to_drain = min(pcp->count, batch);
1673         if (to_drain > 0) {
1674                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1675                 pcp->count -= to_drain;
1676         }
1677         local_irq_restore(flags);
1678 }
1679 #endif
1680
1681 /*
1682  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1683  *
1684  * The processor must either be the current processor and the
1685  * thread pinned to the current processor or a processor that
1686  * is not online.
1687  */
1688 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1689 {
1690         unsigned long flags;
1691         struct per_cpu_pageset *pset;
1692         struct per_cpu_pages *pcp;
1693
1694         local_irq_save(flags);
1695         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1696
1697         pcp = &pset->pcp;
1698         if (pcp->count) {
1699                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1700                 pcp->count = 0;
1701         }
1702         local_irq_restore(flags);
1703 }
1704
1705 /*
1706  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1707  *
1708  * The processor must either be the current processor and the
1709  * thread pinned to the current processor or a processor that
1710  * is not online.
1711  */
1712 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1713 {
1714         struct zone *zone;
1715
1716         for_each_populated_zone(zone) {
1717                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1718         }
1719 }
1720
1721 /*
1722  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1723  *
1724  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1725  * the single zone's pages.
1726  */
1727 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1728 {
1729         int cpu = smp_processor_id();
1730
1731         if (zone)
1732                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1733         else
1734                 drain_pages(cpu);
1735 }
1736
1737 /*
1738  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1739  *
1740  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1741  *
1742  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1743  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1744  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1745  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1746  * before the call to on_each_cpu_mask().
1747  */
1748 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1749 {
1750         int cpu;
1751
1752         /*
1753          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1754          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1755          */
1756         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1757
1758         /*
1759          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1760          * as offline notification will cause the notified
1761          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1762          * disables preemption as part of its processing
1763          */
1764         for_each_online_cpu(cpu) {
1765                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1766                 struct zone *z;
1767                 bool has_pcps = false;
1768
1769                 if (zone) {
1770                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1771                         if (pcp->pcp.count)
1772                                 has_pcps = true;
1773                 } else {
1774                         for_each_populated_zone(z) {
1775                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1776                                 if (pcp->pcp.count) {
1777                                         has_pcps = true;
1778                                         break;
1779                                 }
1780                         }
1781                 }
1782
1783                 if (has_pcps)
1784                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1785                 else
1786                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1787         }
1788         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1789                                                                 zone, 1);
1790 }
1791
1792 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1793
1794 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1795 {
1796         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1797         unsigned long flags;
1798         unsigned int order, t;
1799         struct list_head *curr;
1800
1801         if (zone_is_empty(zone))
1802                 return;
1803
1804         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1805
1806         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1807         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1808                 if (pfn_valid(pfn)) {
1809                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1810
1811                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1812                                 swsusp_unset_page_free(page);
1813                 }
1814
1815         for_each_migratetype_order(order, t) {
1816                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1817                         unsigned long i;
1818
1819                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1820                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1821                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1822                 }
1823         }
1824         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1825 }
1826 #endif /* CONFIG_PM */
1827
1828 /*
1829  * Free a 0-order page
1830  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1831  */
1832 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1833 {
1834         struct zone *zone = page_zone(page);
1835         struct per_cpu_pages *pcp;
1836         unsigned long flags;
1837         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1838         int migratetype;
1839
1840         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1841                 return;
1842
1843         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1844         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1845         local_irq_save(flags);
1846         __count_vm_event(PGFREE);
1847
1848         /*
1849          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1850          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1851          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1852          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1853          * excessively into the page allocator
1854          */
1855         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1856                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1857                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1858                         goto out;
1859                 }
1860                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1861         }
1862
1863         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1864         if (!cold)
1865                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1866         else
1867                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1868         pcp->count++;
1869         if (pcp->count >= pcp->high) {
1870                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1871                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1872                 pcp->count -= batch;
1873         }
1874
1875 out:
1876         local_irq_restore(flags);
1877 }
1878
1879 /*
1880  * Free a list of 0-order pages
1881  */
1882 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1883 {
1884         struct page *page, *next;
1885
1886         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1887                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1888                 free_hot_cold_page(page, cold);
1889         }
1890 }
1891
1892 /*
1893  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1894  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1895  * Each sub-page must be freed individually.
1896  *
1897  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1898  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1899  */
1900 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1901 {
1902         int i;
1903
1904         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1905         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1906
1907 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1908         /*
1909          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1910          * otherwise free the whole shadow.
1911          */
1912         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1913                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1914 #endif
1915
1916         set_page_owner(page, 0, 0);
1917         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1918                 set_page_refcounted(page + i);
1919                 set_page_owner(page + i, 0, 0);
1920         }
1921 }
1922 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1923
1924 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1925 {
1926         unsigned long watermark;
1927         struct zone *zone;
1928         int mt;
1929
1930         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1931
1932         zone = page_zone(page);
1933         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1934
1935         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1936                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1937                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1938                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1939                         return 0;
1940
1941                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1942         }
1943
1944         /* Remove page from free list */
1945         list_del(&page->lru);
1946         zone->free_area[order].nr_free--;
1947         rmv_page_order(page);
1948
1949         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1950         if (order >= pageblock_order - 1) {
1951                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1952                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1953                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1954                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1955                                 set_pageblock_migratetype(page,
1956                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1957                 }
1958         }
1959
1960         set_page_owner(page, order, 0);
1961         return 1UL << order;
1962 }
1963
1964 /*
1965  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1966  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1967  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1968  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1969  * are enabled.
1970  *
1971  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1972  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1973  */
1974 int split_free_page(struct page *page)
1975 {
1976         unsigned int order;
1977         int nr_pages;
1978
1979         order = page_order(page);
1980
1981         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1982         if (!nr_pages)
1983                 return 0;
1984
1985         /* Split into individual pages */
1986         set_page_refcounted(page);
1987         split_page(page, order);
1988         return nr_pages;
1989 }
1990
1991 /*
1992  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
1993  */
1994 static inline
1995 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1996                         struct zone *zone, unsigned int order,
1997                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1998 {
1999         unsigned long flags;
2000         struct page *page;
2001         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2002
2003         if (likely(order == 0)) {
2004                 struct per_cpu_pages *pcp;
2005                 struct list_head *list;
2006
2007                 local_irq_save(flags);
2008                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2009                 list = &pcp->lists[migratetype];
2010                 if (list_empty(list)) {
2011                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2012                                         pcp->batch, list,
2013                                         migratetype, cold);
2014                         if (unlikely(list_empty(list)))
2015                                 goto failed;
2016                 }
2017
2018                 if (cold)
2019                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2020                 else
2021                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2022
2023                 list_del(&page->lru);
2024                 pcp->count--;
2025         } else {
2026                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2027                         /*
2028                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2029                          *
2030                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2031                          * properly detect and handle allocation failures.
2032                          *
2033                          * We most definitely don't want callers attempting to
2034                          * allocate greater than order-1 page units with
2035                          * __GFP_NOFAIL.
2036                          */
2037                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2038                 }
2039                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2040                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2041                 spin_unlock(&zone->lock);
2042                 if (!page)
2043                         goto failed;
2044                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2045                                           get_freepage_migratetype(page));
2046         }
2047
2048         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2049         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2050             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2051                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2052
2053         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2054         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2055         local_irq_restore(flags);
2056
2057         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2058         return page;
2059
2060 failed:
2061         local_irq_restore(flags);
2062         return NULL;
2063 }
2064
2065 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2066
2067 static struct {
2068         struct fault_attr attr;
2069
2070         u32 ignore_gfp_highmem;
2071         u32 ignore_gfp_wait;
2072         u32 min_order;
2073 } fail_page_alloc = {
2074         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2075         .ignore_gfp_wait = 1,
2076         .ignore_gfp_highmem = 1,
2077         .min_order = 1,
2078 };
2079
2080 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2081 {
2082         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2083 }
2084 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2085
2086 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2087 {
2088         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2089                 return false;
2090         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2091                 return false;
2092         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2093                 return false;
2094         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
2095                 return false;
2096
2097         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2098 }
2099
2100 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2101
2102 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2103 {
2104         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2105         struct dentry *dir;
2106
2107         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2108                                         &fail_page_alloc.attr);
2109         if (IS_ERR(dir))
2110                 return PTR_ERR(dir);
2111
2112         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2113                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
2114                 goto fail;
2115         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2116                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2117                 goto fail;
2118         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2119                                 &fail_page_alloc.min_order))
2120                 goto fail;
2121
2122         return 0;
2123 fail:
2124         debugfs_remove_recursive(dir);
2125
2126         return -ENOMEM;
2127 }
2128
2129 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2130
2131 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2132
2133 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2134
2135 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2136 {
2137         return false;
2138 }
2139
2140 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2141
2142 /*
2143  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
2144  * of the allocation.
2145  */
2146 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2147                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2148                         long free_pages)
2149 {
2150         /* free_pages may go negative - that's OK */
2151         long min = mark;
2152         int o;
2153         long free_cma = 0;
2154
2155         free_pages -= (1 << order) - 1;
2156         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2157                 min -= min / 2;
2158         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
2159                 min -= min / 4;
2160 #ifdef CONFIG_CMA
2161         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2162         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2163                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2164 #endif
2165
2166         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2167                 return false;
2168         for (o = 0; o < order; o++) {
2169                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
2170                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
2171
2172                 /* Require fewer higher order pages to be free */
2173                 min >>= 1;
2174
2175                 if (free_pages <= min)
2176                         return false;
2177         }
2178         return true;
2179 }
2180
2181 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2182                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2183 {
2184         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2185                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2186 }
2187
2188 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2189                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
2190 {
2191         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2192
2193         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2194                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2195
2196         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2197                                                                 free_pages);
2198 }
2199
2200 #ifdef CONFIG_NUMA
2201 /*
2202  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
2203  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
2204  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
2205  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
2206  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
2207  *
2208  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
2209  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
2210  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
2211  *
2212  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
2213  * nothing and returns NULL.
2214  *
2215  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
2216  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
2217  *
2218  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
2219  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
2220  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
2221  * quickly as we can.
2222  */
2223 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2224 {
2225         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2226         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
2227
2228         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2229         if (!zlc)
2230                 return NULL;
2231
2232         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
2233                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2234                 zlc->last_full_zap = jiffies;
2235         }
2236
2237         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
2238                                         &cpuset_current_mems_allowed :
2239                                         &node_states[N_MEMORY];
2240         return allowednodes;
2241 }
2242
2243 /*
2244  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
2245  * if it is worth looking at further for free memory:
2246  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
2247  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
2248  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
2249  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
2250  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
2251  * else return false (zero) if it is not.
2252  *
2253  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
2254  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
2255  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
2256  * be considered full for up to one second by all requests, unless
2257  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
2258  * into the second scan of the zonelist.
2259  *
2260  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
2261  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
2262  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
2263  * unturned looking for a free page.
2264  */
2265 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2266                                                 nodemask_t *allowednodes)
2267 {
2268         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2269         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2270         int n;                          /* node that zone *z is on */
2271
2272         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2273         if (!zlc)
2274                 return 1;
2275
2276         i = z - zonelist->_zonerefs;
2277         n = zlc->z_to_n[i];
2278
2279         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
2280         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
2281 }
2282
2283 /*
2284  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
2285  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
2286  * from that zone don't waste time re-examining it.
2287  */
2288 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2289 {
2290         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2291         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
2292
2293         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2294         if (!zlc)
2295                 return;
2296
2297         i = z - zonelist->_zonerefs;
2298
2299         set_bit(i, zlc->fullzones);
2300 }
2301
2302 /*
2303  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
2304  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
2305  */
2306 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2307 {
2308         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
2309
2310         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
2311         if (!zlc)
2312                 return;
2313
2314         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
2315 }
2316
2317 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2318 {
2319         return local_zone->node == zone->node;
2320 }
2321
2322 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2323 {
2324         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2325                                 RECLAIM_DISTANCE;
2326 }
2327
2328 #else   /* CONFIG_NUMA */
2329
2330 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
2331 {
2332         return NULL;
2333 }
2334
2335 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
2336                                 nodemask_t *allowednodes)
2337 {
2338         return 1;
2339 }
2340
2341 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
2342 {
2343 }
2344
2345 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
2346 {
2347 }
2348
2349 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2350 {
2351         return true;
2352 }
2353
2354 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2355 {
2356         return true;
2357 }
2358
2359 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2360
2361 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2362 {
2363         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2364
2365         do {
2366                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2367                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2368                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2369                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2370         } while (zone++ != preferred_zone);
2371 }
2372
2373 /*
2374  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2375  * a page.
2376  */
2377 static struct page *
2378 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2379                                                 const struct alloc_context *ac)
2380 {
2381         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2382         struct zoneref *z;
2383         struct page *page = NULL;
2384         struct zone *zone;
2385         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
2386         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
2387         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
2388         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
2389                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
2390         int nr_fair_skipped = 0;
2391         bool zonelist_rescan;
2392
2393 zonelist_scan:
2394         zonelist_rescan = false;
2395
2396         /*
2397          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2398          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2399          */
2400         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2401                                                                 ac->nodemask) {
2402                 unsigned long mark;
2403
2404                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2405                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2406                                 continue;
2407                 if (cpusets_enabled() &&
2408                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2409                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2410                                 continue;
2411                 /*
2412                  * Distribute pages in proportion to the individual
2413                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2414                  * page was allocated in should have no effect on the
2415                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2416                  */
2417                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2418                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2419                                 break;
2420                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2421                                 nr_fair_skipped++;
2422                                 continue;
2423                         }
2424                 }
2425                 /*
2426                  * When allocating a page cache page for writing, we
2427                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2428                  * limit, such that no single zone holds more than its
2429                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2430                  * The dirty limits take into account the zone's
2431                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2432                  * should be able to balance it without having to
2433                  * write pages from its LRU list.
2434                  *
2435                  * This may look like it could increase pressure on
2436                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2437                  * before they are full.  But the pages that do spill
2438                  * over are limited as the lower zones are protected
2439                  * by this very same mechanism.  It should not become
2440                  * a practical burden to them.
2441                  *
2442                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2443                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2444                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2445                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2446                  * zones are together not big enough to reach the
2447                  * global limit.  The proper fix for these situations
2448                  * will require awareness of zones in the
2449                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2450                  */
2451                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2452                         continue;
2453
2454                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2455                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2456                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2457                         int ret;
2458
2459                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2460                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2461                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2462                                 goto try_this_zone;
2463
2464                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2465                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2466                                 /*
2467                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2468                                  * and before considering the first zone allowed
2469                                  * by the cpuset.
2470                                  */
2471                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2472                                 zlc_active = 1;
2473                                 did_zlc_setup = 1;
2474                         }
2475
2476                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2477                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2478                                 goto this_zone_full;
2479
2480                         /*
2481                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2482                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2483                          */
2484                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2485                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2486                                 continue;
2487
2488                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2489                         switch (ret) {
2490                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2491                                 /* did not scan */
2492                                 continue;
2493                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2494                                 /* scanned but unreclaimable */
2495                                 continue;
2496                         default:
2497                                 /* did we reclaim enough */
2498                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2499                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2500                                         goto try_this_zone;
2501
2502                                 /*
2503                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2504                                  * Only mark the zone full if checking the min
2505                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2506                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2507                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2508                                  * when the watermark is between the low and
2509                                  * min watermarks.
2510                                  */
2511                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2512                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2513                                         goto this_zone_full;
2514
2515                                 continue;
2516                         }
2517                 }
2518
2519 try_this_zone:
2520                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2521                                                 gfp_mask, ac->migratetype);
2522                 if (page) {
2523                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2524                                 goto try_this_zone;
2525                         return page;
2526                 }
2527 this_zone_full:
2528                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2529                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2530         }
2531
2532         /*
2533          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2534          * local node.  However, the local node might have free pages left
2535          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2536          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2537          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2538          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2539          */
2540         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2541                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2542                 if (nr_fair_skipped) {
2543                         zonelist_rescan = true;
2544                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2545                 }
2546                 if (nr_online_nodes > 1)
2547                         zonelist_rescan = true;
2548         }
2549
2550         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2551                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2552                 zlc_active = 0;
2553                 zonelist_rescan = true;
2554         }
2555
2556         if (zonelist_rescan)
2557                 goto zonelist_scan;
2558
2559         return NULL;
2560 }
2561
2562 /*
2563  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2564  * meminfo in irq context.
2565  */
2566 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2567 {
2568         bool ret = false;
2569
2570 #if NODES_SHIFT > 8
2571         ret = in_interrupt();
2572 #endif
2573         return ret;
2574 }
2575
2576 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2577                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2578                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2579
2580 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2581 {
2582         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2583
2584         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2585             debug_guardpage_minorder() > 0)
2586                 return;
2587
2588         /*
2589          * This documents exceptions given to allocations in certain
2590          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2591          * of allowed nodes.
2592          */
2593         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2594                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2595                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2596                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2597         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2598                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2599
2600         if (fmt) {
2601                 struct va_format vaf;
2602                 va_list args;
2603
2604                 va_start(args, fmt);
2605
2606                 vaf.fmt = fmt;
2607                 vaf.va = &args;
2608
2609                 pr_warn("%pV", &vaf);
2610
2611                 va_end(args);
2612         }
2613
2614         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2615                 current->comm, order, gfp_mask);
2616
2617         dump_stack();
2618         if (!should_suppress_show_mem())
2619                 show_mem(filter);
2620 }
2621
2622 static inline struct page *
2623 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2624         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2625 {
2626         struct page *page;
2627
2628         *did_some_progress = 0;
2629
2630         /*
2631          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2632          * making progress for us.
2633          */
2634         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2635                 *did_some_progress = 1;
2636                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2637                 return NULL;
2638         }
2639
2640         /*
2641          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2642          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2643          * we're still under heavy pressure.
2644          */
2645         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2646                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2647         if (page)
2648                 goto out;
2649
2650         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2651                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2652                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2653                         goto out;
2654                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2655                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2656                         goto out;
2657                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2658                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2659                         goto out;
2660                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2661                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2662                         /*
2663                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2664                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2665                          * keep looping as per tradition.
2666                          */
2667                         *did_some_progress = 1;
2668                         goto out;
2669                 }
2670                 if (pm_suspended_storage())
2671                         goto out;
2672                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2673                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2674                         goto out;
2675         }
2676         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2677         if (out_of_memory(ac->zonelist, gfp_mask, order, ac->nodemask, false)
2678                         || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2679                 *did_some_progress = 1;
2680 out:
2681         mutex_unlock(&oom_lock);
2682         return page;
2683 }
2684
2685 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2686 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2687 static struct page *
2688 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2689                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2690                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2691                 bool *deferred_compaction)
2692 {
2693         unsigned long compact_result;
2694         struct page *page;
2695
2696         if (!order)
2697                 return NULL;
2698
2699         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2700         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2701                                                 mode, contended_compaction);
2702         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2703
2704         switch (compact_result) {
2705         case COMPACT_DEFERRED:
2706                 *deferred_compaction = true;
2707                 /* fall-through */
2708         case COMPACT_SKIPPED:
2709                 return NULL;
2710         default:
2711                 break;
2712         }
2713
2714         /*
2715          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2716          * count a compaction stall
2717          */
2718         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2719
2720         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2721                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2722
2723         if (page) {
2724                 struct zone *zone = page_zone(page);
2725
2726                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2727                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2728                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2729                 return page;
2730         }
2731
2732         /*
2733          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2734          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2735          */
2736         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2737
2738         cond_resched();
2739
2740         return NULL;
2741 }
2742 #else
2743 static inline struct page *
2744 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2745                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2746                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2747                 bool *deferred_compaction)
2748 {
2749         return NULL;
2750 }
2751 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2752
2753 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2754 static int
2755 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2756                                         const struct alloc_context *ac)
2757 {
2758         struct reclaim_state reclaim_state;
2759         int progress;
2760
2761         cond_resched();
2762
2763         /* We now go into synchronous reclaim */
2764         cpuset_memory_pressure_bump();
2765         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2766         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2767         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2768         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2769
2770         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2771                                                                 ac->nodemask);
2772
2773         current->reclaim_state = NULL;
2774         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2775         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2776
2777         cond_resched();
2778
2779         return progress;
2780 }
2781
2782 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2783 static inline struct page *
2784 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2785                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2786                 unsigned long *did_some_progress)
2787 {
2788         struct page *page = NULL;
2789         bool drained = false;
2790
2791         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2792         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2793                 return NULL;
2794
2795         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2796         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2797                 zlc_clear_zones_full(ac->zonelist);
2798
2799 retry:
2800         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2801                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2802
2803         /*
2804          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2805          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2806          */
2807         if (!page && !drained) {
2808                 drain_all_pages(NULL);
2809                 drained = true;
2810                 goto retry;
2811         }
2812
2813         return page;
2814 }
2815
2816 /*
2817  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2818  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2819  */
2820 static inline struct page *
2821 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2822                                 const struct alloc_context *ac)
2823 {
2824         struct page *page;
2825
2826         do {
2827                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2828                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2829
2830                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2831                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2832                                                                         HZ/50);
2833         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2834
2835         return page;
2836 }
2837
2838 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2839 {
2840         struct zoneref *z;
2841         struct zone *zone;
2842
2843         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2844                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2845                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2846 }
2847
2848 static inline int
2849 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2850 {
2851         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2852         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2853
2854         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2855         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2856
2857         /*
2858          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2859          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2860          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2861          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2862          */
2863         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2864
2865         if (atomic) {
2866                 /*
2867                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2868                  * if it can't schedule.
2869                  */
2870                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2871                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2872                 /*
2873                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2874                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2875                  */
2876                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2877         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2878                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2879
2880         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2881                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2882                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2883                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2884                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2885                 else if (!in_interrupt() &&
2886                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2887                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2888                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2889         }
2890 #ifdef CONFIG_CMA
2891         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2892                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2893 #endif
2894         return alloc_flags;
2895 }
2896
2897 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2898 {
2899         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2900 }
2901
2902 static inline struct page *
2903 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2904                                                 struct alloc_context *ac)
2905 {
2906         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2907         struct page *page = NULL;
2908         int alloc_flags;
2909         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2910         unsigned long did_some_progress;
2911         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2912         bool deferred_compaction = false;
2913         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2914
2915         /*
2916          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2917          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2918          * be using allocators in order of preference for an area that is
2919          * too large.
2920          */
2921         if (order >= MAX_ORDER) {
2922                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2923                 return NULL;
2924         }
2925
2926         /*
2927          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
2928          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
2929          * speculative node-specific allocation.
2930          */
2931         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !wait)
2932                 goto nopage;
2933
2934 retry:
2935         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2936                 wake_all_kswapds(order, ac);
2937
2938         /*
2939          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2940          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2941          * to how we want to proceed.
2942          */
2943         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2944
2945         /*
2946          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2947          * cpusets.
2948          */
2949         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
2950                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2951                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
2952                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
2953                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2954         }
2955
2956         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2957         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2958                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2959         if (page)
2960                 goto got_pg;
2961
2962         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2963         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2964                 /*
2965                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2966                  * the allocation is high priority and these type of
2967                  * allocations are system rather than user orientated
2968                  */
2969                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2970
2971                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
2972
2973                 if (page) {
2974                         goto got_pg;
2975                 }
2976         }
2977
2978         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2979         if (!wait) {
2980                 /*
2981                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2982                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2983                  * type of allocation to fail.
2984                  */
2985                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2986                 goto nopage;
2987         }
2988
2989         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2990         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2991                 goto nopage;
2992
2993         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2994         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2995                 goto nopage;
2996
2997         /*
2998          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2999          * attempts after direct reclaim are synchronous
3000          */
3001         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3002                                         migration_mode,
3003                                         &contended_compaction,
3004                                         &deferred_compaction);
3005         if (page)
3006                 goto got_pg;
3007
3008         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3009         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
3010                 /*
3011                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3012                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3013                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3014                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3015                  * instead of entering direct reclaim.
3016                  */
3017                 if (deferred_compaction)
3018                         goto nopage;
3019
3020                 /*
3021                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3022                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3023                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3024                  * so we fallback to base pages instead.
3025                  */
3026                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3027                         goto nopage;
3028
3029                 /*
3030                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3031                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3032                  * khugepaged trying to collapse.
3033                  */
3034                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3035                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3036                         goto nopage;
3037         }
3038
3039         /*
3040          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3041          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3042          * khugepaged trying to collapse.
3043          */
3044         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
3045                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
3046                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3047
3048         /* Try direct reclaim and then allocating */
3049         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3050                                                         &did_some_progress);
3051         if (page)
3052                 goto got_pg;
3053
3054         /* Do not loop if specifically requested */
3055         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3056                 goto noretry;
3057
3058         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3059         pages_reclaimed += did_some_progress;
3060         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3061             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3062                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3063                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3064                 goto retry;
3065         }
3066
3067         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3068         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3069         if (page)
3070                 goto got_pg;
3071
3072         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3073         if (did_some_progress)
3074                 goto retry;
3075
3076 noretry:
3077         /*
3078          * High-order allocations do not necessarily loop after
3079          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3080          * being called after reclaim so call directly if necessary
3081          */
3082         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3083                                             ac, migration_mode,
3084                                             &contended_compaction,
3085                                             &deferred_compaction);
3086         if (page)
3087                 goto got_pg;
3088 nopage:
3089         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3090 got_pg:
3091         return page;
3092 }
3093
3094 /*
3095  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3096  */
3097 struct page *
3098 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3099                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3100 {
3101         struct zoneref *preferred_zoneref;
3102         struct page *page = NULL;
3103         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3104         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3105         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3106         struct alloc_context ac = {
3107                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3108                 .nodemask = nodemask,
3109                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3110         };
3111
3112         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3113
3114         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3115
3116         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
3117
3118         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3119                 return NULL;
3120
3121         /*
3122          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3123          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3124          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3125          */
3126         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3127                 return NULL;
3128
3129         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3130                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3131
3132 retry_cpuset:
3133         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3134
3135         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3136         ac.zonelist = zonelist;
3137         /* The preferred zone is used for statistics later */
3138         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3139                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3140                                 &ac.preferred_zone);
3141         if (!ac.preferred_zone)
3142                 goto out;
3143         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3144
3145         /* First allocation attempt */
3146         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3147         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3148         if (unlikely(!page)) {
3149                 /*
3150                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3151                  * can deadlock because I/O on the device might not
3152                  * complete.
3153                  */
3154                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3155
3156                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3157         }
3158
3159         if (kmemcheck_enabled && page)
3160                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3161
3162         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3163
3164 out:
3165         /*
3166          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3167          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3168          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3169          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3170          */
3171         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3172                 goto retry_cpuset;
3173
3174         return page;
3175 }
3176 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3177
3178 /*
3179  * Common helper functions.
3180  */
3181 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3182 {
3183         struct page *page;
3184
3185         /*
3186          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3187          * a highmem page
3188          */
3189         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3190
3191         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3192         if (!page)
3193                 return 0;
3194         return (unsigned long) page_address(page);
3195 }
3196 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3197
3198 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3199 {
3200         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3201 }
3202 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3203
3204 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3205 {
3206         if (put_page_testzero(page)) {
3207                 if (order == 0)
3208                         free_hot_cold_page(page, false);
3209                 else
3210                         __free_pages_ok(page, order);
3211         }
3212 }
3213
3214 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3215
3216 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3217 {
3218         if (addr != 0) {
3219                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3220                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3221         }
3222 }
3223
3224 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3225
3226 /*
3227  * Page Fragment:
3228  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3229  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3230  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3231  *
3232  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3233  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3234  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3235  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3236  */
3237 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3238                                        gfp_t gfp_mask)
3239 {
3240         struct page *page = NULL;
3241         gfp_t gfp = gfp_mask;
3242
3243 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3244         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3245                     __GFP_NOMEMALLOC;
3246         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3247                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3248         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3249 #endif
3250         if (unlikely(!page))
3251                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3252
3253         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3254
3255         return page;
3256 }
3257
3258 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3259                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3260 {
3261         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3262         struct page *page;
3263         int offset;
3264
3265         if (unlikely(!nc->va)) {
3266 refill:
3267                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3268                 if (!page)
3269                         return NULL;
3270
3271 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3272                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3273                 size = nc->size;
3274 #endif
3275                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3276                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3277                  */
3278                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3279
3280                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3281                 nc->pfmemalloc = page->pfmemalloc;
3282                 nc->pagecnt_bias = size;
3283                 nc->offset = size;
3284         }
3285
3286         offset = nc->offset - fragsz;
3287         if (unlikely(offset < 0)) {
3288                 page = virt_to_page(nc->va);
3289
3290                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3291                         goto refill;
3292
3293 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3294                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3295                 size = nc->size;
3296 #endif
3297                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3298                 atomic_set(&page->_count, size);
3299
3300                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3301                 nc->pagecnt_bias = size;
3302                 offset = size - fragsz;
3303         }
3304
3305         nc->pagecnt_bias--;
3306         nc->offset = offset;
3307
3308         return nc->va + offset;
3309 }
3310 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3311
3312 /*
3313  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3314  */
3315 void __free_page_frag(void *addr)
3316 {
3317         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3318
3319         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3320                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3321 }
3322 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3323
3324 /*
3325  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3326  * of the current memory cgroup.
3327  *
3328  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3329  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3330  */
3331 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3332 {
3333         struct page *page;
3334         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3335
3336         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3337                 return NULL;
3338         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3339         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3340         return page;
3341 }
3342
3343 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3344 {
3345         struct page *page;
3346         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
3347
3348         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
3349                 return NULL;
3350         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3351         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
3352         return page;
3353 }
3354
3355 /*
3356  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3357  * alloc_kmem_pages.
3358  */
3359 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3360 {
3361         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
3362         __free_pages(page, order);
3363 }
3364
3365 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3366 {
3367         if (addr != 0) {
3368                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3369                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3370         }
3371 }
3372
3373 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
3374 {
3375         if (addr) {
3376                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3377                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3378
3379                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3380                 while (used < alloc_end) {
3381                         free_page(used);
3382                         used += PAGE_SIZE;
3383                 }
3384         }
3385         return (void *)addr;
3386 }
3387
3388 /**
3389  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3390  * @size: the number of bytes to allocate
3391  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3392  *
3393  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3394  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3395  * allocate memory in power-of-two pages.
3396  *
3397  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3398  *
3399  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3400  */
3401 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3402 {
3403         unsigned int order = get_order(size);
3404         unsigned long addr;
3405
3406         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3407         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3408 }
3409 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3410
3411 /**
3412  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3413  *                         pages on a node.
3414  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3415  * @size: the number of bytes to allocate
3416  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3417  *
3418  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3419  * back.
3420  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3421  * but is not exact.
3422  */
3423 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3424 {
3425         unsigned order = get_order(size);
3426         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3427         if (!p)
3428                 return NULL;
3429         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3430 }
3431
3432 /**
3433  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3434  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3435  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3436  *
3437  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3438  */
3439 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3440 {
3441         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3442         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3443
3444         while (addr < end) {
3445                 free_page(addr);
3446                 addr += PAGE_SIZE;
3447         }
3448 }
3449 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3450
3451 /**
3452  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3453  * @offset: The zone index of the highest zone
3454  *
3455  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3456  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3457  * zone, the number of pages is calculated as:
3458  *     managed_pages - high_pages
3459  */
3460 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3461 {
3462         struct zoneref *z;
3463         struct zone *zone;
3464
3465         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3466         unsigned long sum = 0;
3467
3468         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3469
3470         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3471                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3472                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3473                 if (size > high)
3474                         sum += size - high;
3475         }
3476
3477         return sum;
3478 }
3479
3480 /**
3481  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3482  *
3483  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3484  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3485  */
3486 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3487 {
3488         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3489 }
3490 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3491
3492 /**
3493  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3494  *
3495  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3496  * high watermark within all zones.
3497  */
3498 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3499 {
3500         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3501 }
3502
3503 static inline void show_node(struct zone *zone)
3504 {
3505         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3506                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3507 }
3508
3509 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3510 {
3511         val->totalram = totalram_pages;
3512         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3513         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3514         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3515         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3516         val->freehigh = nr_free_highpages();
3517         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3518 }
3519
3520 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3521
3522 #ifdef CONFIG_NUMA
3523 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3524 {
3525         int zone_type;          /* needs to be signed */
3526         unsigned long managed_pages = 0;
3527         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3528
3529         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3530                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3531         val->totalram = managed_pages;
3532         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3533         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3534 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3535         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3536         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3537                         NR_FREE_PAGES);
3538 #else
3539         val->totalhigh = 0;
3540         val->freehigh = 0;
3541 #endif
3542         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3543 }
3544 #endif
3545
3546 /*
3547  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3548  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3549  */
3550 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3551 {
3552         bool ret = false;
3553         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3554
3555         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3556                 goto out;
3557
3558         do {
3559                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3560                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3561         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3562 out:
3563         return ret;
3564 }
3565
3566 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3567
3568 static void show_migration_types(unsigned char type)
3569 {
3570         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3571                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3572                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3573                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3574                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3575 #ifdef CONFIG_CMA
3576                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3577 #endif
3578 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3579                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3580 #endif
3581         };
3582         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3583         char *p = tmp;
3584         int i;
3585
3586         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3587                 if (type & (1 << i))
3588                         *p++ = types[i];
3589         }
3590
3591         *p = '\0';
3592         printk("(%s) ", tmp);
3593 }
3594
3595 /*
3596  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3597  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3598  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3599  *
3600  * Bits in @filter:
3601  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3602  *   cpuset.
3603  */
3604 void show_free_areas(unsigned int filter)
3605 {
3606         unsigned long free_pcp = 0;
3607         int cpu;
3608         struct zone *zone;
3609
3610         for_each_populated_zone(zone) {
3611                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3612                         continue;
3613
3614                 for_each_online_cpu(cpu)
3615                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3616         }
3617
3618         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3619                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3620                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3621                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3622                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3623                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3624                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3625                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3626                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3627                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3628                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3629                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3630                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3631                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3632                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3633                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3634                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3635                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3636                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3637                 global_page_state(NR_SHMEM),
3638                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3639                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3640                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3641                 free_pcp,
3642                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3643
3644         for_each_populated_zone(zone) {
3645                 int i;
3646
3647                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3648                         continue;
3649
3650                 free_pcp = 0;
3651                 for_each_online_cpu(cpu)
3652                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3653
3654                 show_node(zone);
3655                 printk("%s"
3656                         " free:%lukB"
3657                         " min:%lukB"
3658                         " low:%lukB"
3659                         " high:%lukB"
3660                         " active_anon:%lukB"
3661                         " inactive_anon:%lukB"
3662                         " active_file:%lukB"
3663                         " inactive_file:%lukB"
3664                         " unevictable:%lukB"
3665                         " isolated(anon):%lukB"
3666                         " isolated(file):%lukB"
3667                         " present:%lukB"
3668                         " managed:%lukB"
3669                         " mlocked:%lukB"
3670                         " dirty:%lukB"
3671                         " writeback:%lukB"
3672                         " mapped:%lukB"
3673                         " shmem:%lukB"
3674                         " slab_reclaimable:%lukB"
3675                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3676                         " kernel_stack:%lukB"
3677                         " pagetables:%lukB"
3678                         " unstable:%lukB"
3679                         " bounce:%lukB"
3680                         " free_pcp:%lukB"
3681                         " local_pcp:%ukB"
3682                         " free_cma:%lukB"
3683                         " writeback_tmp:%lukB"
3684                         " pages_scanned:%lu"
3685                         " all_unreclaimable? %s"
3686                         "\n",
3687                         zone->name,
3688                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3689                         K(min_wmark_pages(zone)),
3690                         K(low_wmark_pages(zone)),
3691                         K(high_wmark_pages(zone)),
3692                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3693                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3694                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3695                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3696                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3697                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3698                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3699                         K(zone->present_pages),
3700                         K(zone->managed_pages),
3701                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3702                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3703                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3704                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3705                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3706                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3707                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3708                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3709                                 THREAD_SIZE / 1024,
3710                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3711                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3712                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3713                         K(free_pcp),
3714                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3715                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3716                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3717                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3718                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3719                         );
3720                 printk("lowmem_reserve[]:");
3721                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3722                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3723                 printk("\n");
3724         }
3725
3726         for_each_populated_zone(zone) {
3727                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3728                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3729
3730                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3731                         continue;
3732                 show_node(zone);
3733                 printk("%s: ", zone->name);
3734
3735                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3736                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3737                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3738                         int type;
3739
3740                         nr[order] = area->nr_free;
3741                         total += nr[order] << order;
3742
3743                         types[order] = 0;
3744                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3745                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3746                                         types[order] |= 1 << type;
3747                         }
3748                 }
3749                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3750                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3751                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3752                         if (nr[order])
3753                                 show_migration_types(types[order]);
3754                 }
3755                 printk("= %lukB\n", K(total));
3756         }
3757
3758         hugetlb_show_meminfo();
3759
3760         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3761
3762         show_swap_cache_info();
3763 }
3764
3765 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3766 {
3767         zoneref->zone = zone;
3768         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3769 }
3770
3771 /*
3772  * Builds allocation fallback zone lists.
3773  *
3774  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3775  */
3776 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3777                                 int nr_zones)
3778 {
3779         struct zone *zone;
3780         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3781
3782         do {
3783                 zone_type--;
3784                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3785                 if (populated_zone(zone)) {
3786                         zoneref_set_zone(zone,
3787                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3788                         check_highest_zone(zone_type);
3789                 }
3790         } while (zone_type);
3791
3792         return nr_zones;
3793 }
3794
3795
3796 /*
3797  *  zonelist_order:
3798  *  0 = automatic detection of better ordering.
3799  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3800  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3801  *
3802  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3803  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3804  */
3805 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3806 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3807 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3808
3809 /* zonelist order in the kernel.
3810  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3811  */
3812 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3813 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3814
3815
3816 #ifdef CONFIG_NUMA
3817 /* The value user specified ....changed by config */
3818 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3819 /* string for sysctl */
3820 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3821 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3822
3823 /*
3824  * interface for configure zonelist ordering.
3825  * command line option "numa_zonelist_order"
3826  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3827  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3828  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3829  */
3830
3831 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3832 {
3833         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3834                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3835         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3836                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3837         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3838                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3839         } else {
3840                 printk(KERN_WARNING
3841                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3842                         "%s\n", s);
3843                 return -EINVAL;
3844         }
3845         return 0;
3846 }
3847
3848 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3849 {
3850         int ret;
3851
3852         if (!s)
3853                 return 0;
3854
3855         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3856         if (ret == 0)
3857                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3858
3859         return ret;
3860 }
3861 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3862
3863 /*
3864  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3865  */
3866 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3867                 void __user *buffer, size_t *length,
3868                 loff_t *ppos)
3869 {
3870         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3871         int ret;
3872         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3873
3874         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3875         if (write) {
3876                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3877                         ret = -EINVAL;
3878                         goto out;
3879                 }
3880                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3881         }
3882         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3883         if (ret)
3884                 goto out;
3885         if (write) {
3886                 int oldval = user_zonelist_order;
3887
3888                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3889                 if (ret) {
3890                         /*
3891                          * bogus value.  restore saved string
3892                          */
3893                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3894                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3895                         user_zonelist_order = oldval;
3896                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3897                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3898                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3899                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3900                 }
3901         }
3902 out:
3903         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3904         return ret;
3905 }
3906
3907
3908 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3909 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3910
3911 /**
3912  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3913  * @node: node whose fallback list we're appending
3914  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3915  *
3916  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3917  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3918  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3919  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3920  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3921  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3922  * on them otherwise.
3923  * It returns -1 if no node is found.
3924  */
3925 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3926 {
3927         int n, val;
3928         int min_val = INT_MAX;
3929         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3930         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3931
3932         /* Use the local node if we haven't already */
3933         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3934                 node_set(node, *used_node_mask);
3935                 return node;
3936         }
3937
3938         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3939
3940                 /* Don't want a node to appear more than once */
3941                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3942                         continue;
3943
3944                 /* Use the distance array to find the distance */
3945                 val = node_distance(node, n);
3946
3947                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3948                 val += (n < node);
3949
3950                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3951                 tmp = cpumask_of_node(n);
3952                 if (!cpumask_empty(tmp))
3953                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3954
3955                 /* Slight preference for less loaded node */
3956                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3957                 val += node_load[n];
3958
3959                 if (val < min_val) {
3960                         min_val = val;
3961                         best_node = n;
3962                 }
3963         }
3964
3965         if (best_node >= 0)
3966                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3967
3968         return best_node;
3969 }
3970
3971
3972 /*
3973  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3974  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3975  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3976  */
3977 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3978 {
3979         int j;
3980         struct zonelist *zonelist;
3981
3982         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3983         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3984                 ;
3985         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3986         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3987         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3988 }
3989
3990 /*
3991  * Build gfp_thisnode zonelists
3992  */
3993 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3994 {
3995         int j;
3996         struct zonelist *zonelist;
3997
3998         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3999         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4000         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4001         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4002 }
4003
4004 /*
4005  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4006  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4007  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4008  * may still exist in local DMA zone.
4009  */
4010 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4011
4012 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4013 {
4014         int pos, j, node;
4015         int zone_type;          /* needs to be signed */
4016         struct zone *z;
4017         struct zonelist *zonelist;
4018
4019         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4020         pos = 0;
4021         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4022                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4023                         node = node_order[j];
4024                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4025                         if (populated_zone(z)) {
4026                                 zoneref_set_zone(z,
4027                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4028                                 check_highest_zone(zone_type);
4029                         }
4030                 }
4031         }
4032         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4033         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4034 }
4035
4036 #if defined(CONFIG_64BIT)
4037 /*
4038  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4039  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4040  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4041  */
4042 static int default_zonelist_order(void)
4043 {
4044         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4045 }
4046 #else
4047 /*
4048  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4049  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4050  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4051  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4052  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4053  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4054  */
4055 static int default_zonelist_order(void)
4056 {
4057         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4058 }
4059 #endif /* CONFIG_64BIT */
4060
4061 static void set_zonelist_order(void)
4062 {
4063         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4064                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4065         else
4066                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4067 }
4068
4069 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4070 {
4071         int j, node, load;
4072         enum zone_type i;
4073         nodemask_t used_mask;
4074         int local_node, prev_node;
4075         struct zonelist *zonelist;
4076         int order = current_zonelist_order;
4077
4078         /* initialize zonelists */
4079         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4080                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4081                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4082                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4083         }
4084
4085         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4086         local_node = pgdat->node_id;
4087         load = nr_online_nodes;
4088         prev_node = local_node;
4089         nodes_clear(used_mask);
4090
4091         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4092         j = 0;
4093
4094         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4095                 /*
4096                  * We don't want to pressure a particular node.
4097                  * So adding penalty to the first node in same
4098                  * distance group to make it round-robin.
4099                  */
4100                 if (node_distance(local_node, node) !=
4101                     node_distance(local_node, prev_node))
4102                         node_load[node] = load;
4103
4104                 prev_node = node;
4105                 load--;
4106                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4107                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4108                 else
4109                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4110         }
4111
4112         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4113                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4114                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4115         }
4116
4117         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4118 }
4119
4120 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
4121 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4122 {
4123         struct zonelist *zonelist;
4124         struct zonelist_cache *zlc;
4125         struct zoneref *z;
4126
4127         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4128         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
4129         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
4130         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
4131                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
4132 }
4133
4134 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4135 /*
4136  * Return node id of node used for "local" allocations.
4137  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4138  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4139  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4140  */
4141 int local_memory_node(int node)
4142 {
4143         struct zone *zone;
4144
4145         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4146                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4147                                    NULL,
4148                                    &zone);
4149         return zone->node;
4150 }
4151 #endif
4152
4153 #else   /* CONFIG_NUMA */
4154
4155 static void set_zonelist_order(void)
4156 {
4157         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4158 }
4159
4160 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4161 {
4162         int node, local_node;
4163         enum zone_type j;
4164         struct zonelist *zonelist;
4165
4166         local_node = pgdat->node_id;
4167
4168         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4169         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4170
4171         /*
4172          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4173          * of all the other nodes.
4174          * We don't want to pressure a particular node, so when
4175          * building the zones for node N, we make sure that the
4176          * zones coming right after the local ones are those from
4177          * node N+1 (modulo N)
4178          */
4179         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4180                 if (!node_online(node))
4181                         continue;
4182                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4183         }
4184         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4185                 if (!node_online(node))
4186                         continue;
4187                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4188         }
4189
4190         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4191         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4192 }
4193
4194 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
4195 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
4196 {
4197         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
4198 }
4199
4200 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4201
4202 /*
4203  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4204  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4205  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4206  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4207  * with interrupts disabled.
4208  *
4209  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4210  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4211  * hotplugged processors.
4212  *
4213  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4214  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4215  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4216  */
4217 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4218 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4219 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4220
4221 /*
4222  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4223  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4224  */
4225 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4226
4227 /* return values int ....just for stop_machine() */
4228 static int __build_all_zonelists(void *data)
4229 {
4230         int nid;
4231         int cpu;
4232         pg_data_t *self = data;
4233
4234 #ifdef CONFIG_NUMA
4235         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4236 #endif
4237
4238         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4239                 build_zonelists(self);
4240                 build_zonelist_cache(self);
4241         }
4242
4243         for_each_online_node(nid) {
4244                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4245
4246                 build_zonelists(pgdat);
4247                 build_zonelist_cache(pgdat);
4248         }
4249
4250         /*
4251          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4252          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4253          * each zone will be allocated later when the per cpu
4254          * allocator is available.
4255          *
4256          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4257          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4258          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4259          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4260          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4261          * (a chicken-egg dilemma).
4262          */
4263         for_each_possible_cpu(cpu) {
4264                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4265
4266 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4267                 /*
4268                  * We now know the "local memory node" for each node--
4269                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4270                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4271                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4272                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4273                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4274                  */
4275                 if (cpu_online(cpu))
4276                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4277 #endif
4278         }
4279
4280         return 0;
4281 }
4282
4283 static noinline void __init
4284 build_all_zonelists_init(void)
4285 {
4286         __build_all_zonelists(NULL);
4287         mminit_verify_zonelist();
4288         cpuset_init_current_mems_allowed();
4289 }
4290
4291 /*
4292  * Called with zonelists_mutex held always
4293  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4294  *
4295  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4296  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4297  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4298  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4299  */
4300 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4301 {
4302         set_zonelist_order();
4303
4304         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4305                 build_all_zonelists_init();
4306         } else {
4307 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4308                 if (zone)
4309                         setup_zone_pageset(zone);
4310 #endif
4311                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4312                    of zonelist */
4313                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4314                 /* cpuset refresh routine should be here */
4315         }
4316         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4317         /*
4318          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4319          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4320          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4321          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4322          * disabled and enable it later
4323          */
4324         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4325                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4326         else
4327                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4328
4329         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4330                 "Total pages: %ld\n",
4331                         nr_online_nodes,
4332                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4333                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4334                         vm_total_pages);
4335 #ifdef CONFIG_NUMA
4336         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4337 #endif
4338 }
4339
4340 /*
4341  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4342  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4343  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4344  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4345  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4346  * conservative, even though it seems large.
4347  *
4348  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4349  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4350  */
4351 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4352
4353 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4354 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4355 {
4356         unsigned long size = 1;
4357
4358         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4359
4360         while (size < pages)
4361                 size <<= 1;
4362
4363         /*
4364          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4365          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4366          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4367          */
4368         size = min(size, 4096UL);
4369
4370         return max(size, 4UL);
4371 }
4372 #else
4373 /*
4374  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4375  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4376  *
4377  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4378  *
4379  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4380  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4381  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4382  *
4383  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4384  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4385  *
4386  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4387  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4388  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4389  */
4390 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4391 {
4392         return 4096UL;
4393 }
4394 #endif
4395
4396 /*
4397  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4398  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4399  * hash function before the remainder is taken.
4400  */
4401 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4402 {
4403         return ffz(~size);
4404 }
4405
4406 /*
4407  * Check if a pageblock contains reserved pages
4408  */
4409 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4410 {
4411         unsigned long pfn;
4412
4413         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4414                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4415                         return 1;
4416         }
4417         return 0;
4418 }
4419
4420 /*
4421  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4422  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4423  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4424  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4425  * blocks as reclaim kicks in
4426  */
4427 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4428 {
4429         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4430         struct page *page;
4431         unsigned long block_migratetype;
4432         int reserve;
4433         int old_reserve;
4434
4435         /*
4436          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4437          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4438          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4439          * the block.
4440          */
4441         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4442         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4443         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4444         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4445                                                         pageblock_order;
4446
4447         /*
4448          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4449          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4450          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4451          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4452          * future allocation of hugepages at runtime.
4453          */
4454         reserve = min(2, reserve);
4455         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4456
4457         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4458         if (reserve == old_reserve)
4459                 return;
4460         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4461
4462         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4463                 if (!early_page_nid_uninitialised(pfn, zone_to_nid(zone)))
4464                         return;
4465
4466                 if (!pfn_valid(pfn))
4467                         continue;
4468                 page = pfn_to_page(pfn);
4469
4470                 /* Watch out for overlapping nodes */
4471                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4472                         continue;
4473
4474                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4475
4476                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4477                 if (reserve > 0) {
4478                         /*
4479                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4480                          * them.
4481                          */
4482                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4483                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4484                                 continue;
4485
4486                         /* If this block is reserved, account for it */
4487                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4488                                 reserve--;
4489                                 continue;
4490                         }
4491
4492                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4493                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4494                                 set_pageblock_migratetype(page,
4495                                                         MIGRATE_RESERVE);
4496                                 move_freepages_block(zone, page,
4497                                                         MIGRATE_RESERVE);
4498                                 reserve--;
4499                                 continue;
4500                         }
4501                 } else if (!old_reserve) {
4502                         /*
4503                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4504                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4505                          */
4506                         break;
4507                 }
4508
4509                 /*
4510                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4511                  * take it back
4512                  */
4513                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4514                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4515                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4516                 }
4517         }
4518 }
4519
4520 /*
4521  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4522  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4523  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4524  */
4525 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4526                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4527 {
4528         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4529         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4530         unsigned long pfn;
4531         struct zone *z;
4532         unsigned long nr_initialised = 0;
4533
4534         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4535                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4536
4537         z = &pgdat->node_zones[zone];
4538         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4539                 /*
4540                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4541                  * handed to this function.  They do not
4542                  * exist on hotplugged memory.
4543                  */
4544                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4545                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4546                                 continue;
4547                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4548                                 continue;
4549                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4550                                                 &nr_initialised))
4551                                 break;
4552                 }
4553                 __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4554         }
4555 }
4556
4557 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4558 {
4559         unsigned int order, t;
4560         for_each_migratetype_order(order, t) {
4561                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4562                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4563         }
4564 }
4565
4566 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4567 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4568         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4569 #endif
4570
4571 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4572 {
4573 #ifdef CONFIG_MMU
4574         int batch;
4575
4576         /*
4577          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4578          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4579          *
4580          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4581          */
4582         batch = zone->managed_pages / 1024;
4583         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4584                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4585         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4586         if (batch < 1)
4587                 batch = 1;
4588
4589         /*
4590          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4591          * of 2 value was found to be more likely to have
4592          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4593          *
4594          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4595          * batches of pages, one task can end up with a lot
4596          * of pages of one half of the possible page colors
4597          * and the other with pages of the other colors.
4598          */
4599         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4600
4601         return batch;
4602
4603 #else
4604         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4605          * conditions.
4606          *
4607          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4608          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4609          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4610          *
4611          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4612          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4613          * can be a significant delay between the individual batches being
4614          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4615          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4616          */
4617         return 0;
4618 #endif
4619 }
4620
4621 /*
4622  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4623  * ->batch must never be higher then ->high.
4624  * The following function updates them in a safe manner without read side
4625  * locking.
4626  *
4627  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4628  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4629  *
4630  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4631  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4632  * exist).
4633  */
4634 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4635                 unsigned long batch)
4636 {
4637        /* start with a fail safe value for batch */
4638         pcp->batch = 1;
4639         smp_wmb();
4640
4641        /* Update high, then batch, in order */
4642         pcp->high = high;
4643         smp_wmb();
4644
4645         pcp->batch = batch;
4646 }
4647
4648 /* a companion to pageset_set_high() */
4649 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4650 {
4651         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4652 }
4653
4654 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4655 {
4656         struct per_cpu_pages *pcp;
4657         int migratetype;
4658
4659         memset(p, 0, sizeof(*p));
4660
4661         pcp = &p->pcp;
4662         pcp->count = 0;
4663         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4664                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4665 }
4666
4667 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4668 {
4669         pageset_init(p);
4670         pageset_set_batch(p, batch);
4671 }
4672
4673 /*
4674  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4675  * to the value high for the pageset p.
4676  */
4677 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4678                                 unsigned long high)
4679 {
4680         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4681         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4682                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4683
4684         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4685 }
4686
4687 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4688                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4689 {
4690         if (percpu_pagelist_fraction)
4691                 pageset_set_high(pcp,
4692                         (zone->managed_pages /
4693                                 percpu_pagelist_fraction));
4694         else
4695                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4696 }
4697
4698 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4699 {
4700         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4701
4702         pageset_init(pcp);
4703         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4704 }
4705
4706 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4707 {
4708         int cpu;
4709         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4710         for_each_possible_cpu(cpu)
4711                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4712 }
4713
4714 /*
4715  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4716  * Before this call only boot pagesets were available.
4717  */
4718 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4719 {
4720         struct zone *zone;
4721
4722         for_each_populated_zone(zone)
4723                 setup_zone_pageset(zone);
4724 }
4725
4726 static noinline __init_refok
4727 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4728 {
4729         int i;
4730         size_t alloc_size;
4731
4732         /*
4733          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4734          * per zone.
4735          */
4736         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4737                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4738         zone->wait_table_bits =
4739                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4740         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4741                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4742
4743         if (!slab_is_available()) {
4744                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4745                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4746                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4747         } else {
4748                 /*
4749                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4750                  * via memory hot-add.
4751                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4752                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4753                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4754                  * node itself as well.
4755                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4756                  * necessary.
4757                  */
4758                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4759         }
4760         if (!zone->wait_table)
4761                 return -ENOMEM;
4762
4763         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4764                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4765
4766         return 0;
4767 }
4768
4769 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4770 {
4771         /*
4772          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4773          * relies on the ability of the linker to provide the
4774          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4775          */
4776         zone->pageset = &boot_pageset;
4777
4778         if (populated_zone(zone))
4779                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4780                         zone->name, zone->present_pages,
4781                                          zone_batchsize(zone));
4782 }
4783
4784 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4785                                         unsigned long zone_start_pfn,
4786                                         unsigned long size,
4787                                         enum memmap_context context)
4788 {
4789         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4790         int ret;
4791         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4792         if (ret)
4793                 return ret;
4794         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4795
4796         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4797
4798         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4799                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4800                         pgdat->node_id,
4801                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4802                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4803
4804         zone_init_free_lists(zone);
4805
4806         return 0;
4807 }
4808
4809 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4810 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4811
4812 /*
4813  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4814  */
4815 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4816                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4817 {
4818         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4819         int nid;
4820
4821         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4822                 return state->last_nid;
4823
4824         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4825         if (nid != -1) {
4826                 state->last_start = start_pfn;
4827                 state->last_end = end_pfn;
4828                 state->last_nid = nid;
4829         }
4830
4831         return nid;
4832 }
4833 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4834
4835 /**
4836  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4837  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4838  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4839  *
4840  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4841  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4842  * memblock_free_early_nid() manually.
4843  */
4844 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4845 {
4846         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4847         int i, this_nid;
4848
4849         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4850                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4851                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4852
4853                 if (start_pfn < end_pfn)
4854                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4855                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4856                                         this_nid);
4857         }
4858 }
4859
4860 /**
4861  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4862  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4863  *
4864  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4865  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4866  */
4867 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4868 {
4869         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4870         int i, this_nid;
4871
4872         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4873                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4874 }
4875
4876 /**
4877  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4878  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4879  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4880  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4881  *
4882  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4883  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4884  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4885  * PFNs will be 0.
4886  */
4887 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4888                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4889 {
4890         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4891         int i;
4892
4893         *start_pfn = -1UL;
4894         *end_pfn = 0;
4895
4896         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4897                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4898                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4899         }
4900
4901         if (*start_pfn == -1UL)
4902                 *start_pfn = 0;
4903 }
4904
4905 /*
4906  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4907  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4908  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4909  */
4910 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4911 {
4912         int zone_index;
4913         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4914                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4915                         continue;
4916
4917                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4918                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4919                         break;
4920         }
4921
4922         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4923         movable_zone = zone_index;
4924 }
4925
4926 /*
4927  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4928  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4929  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4930  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4931  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4932  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4933  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4934  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4935  */
4936 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4937                                         unsigned long zone_type,
4938                                         unsigned long node_start_pfn,
4939                                         unsigned long node_end_pfn,
4940                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4941                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4942 {
4943         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4944         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4945                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4946                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4947                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4948                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4949                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4950
4951                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4952                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4953                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4954                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4955
4956                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4957                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4958                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4959         }
4960 }
4961
4962 /*
4963  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4964  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4965  */
4966 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4967                                         unsigned long zone_type,
4968                                         unsigned long node_start_pfn,
4969                                         unsigned long node_end_pfn,
4970                                         unsigned long *ignored)
4971 {
4972         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4973
4974         /* Get the start and end of the zone */
4975         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4976         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4977         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4978                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4979                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4980
4981         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4982         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4983                 return 0;
4984
4985         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4986         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4987         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4988
4989         /* Return the spanned pages */
4990         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4991 }
4992
4993 /*
4994  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4995  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4996  */
4997 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4998                                 unsigned long range_start_pfn,
4999                                 unsigned long range_end_pfn)
5000 {
5001         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5002         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5003         int i;
5004
5005         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5006                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5007                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5008                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5009         }
5010         return nr_absent;
5011 }
5012
5013 /**
5014  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5015  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5016  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5017  *
5018  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5019  */
5020 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5021                                                         unsigned long end_pfn)
5022 {
5023         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5024 }
5025
5026 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5027 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5028                                         unsigned long zone_type,
5029                                         unsigned long node_start_pfn,
5030                                         unsigned long node_end_pfn,
5031                                         unsigned long *ignored)
5032 {
5033         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5034         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5035         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5036
5037         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5038         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5039
5040         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5041                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5042                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5043         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5044 }
5045
5046 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5047 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5048                                         unsigned long zone_type,
5049                                         unsigned long node_start_pfn,
5050                                         unsigned long node_end_pfn,
5051                                         unsigned long *zones_size)
5052 {
5053         return zones_size[zone_type];
5054 }
5055
5056 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5057                                                 unsigned long zone_type,
5058                                                 unsigned long node_start_pfn,
5059                                                 unsigned long node_end_pfn,
5060                                                 unsigned long *zholes_size)
5061 {
5062         if (!zholes_size)
5063                 return 0;
5064
5065         return zholes_size[zone_type];
5066 }
5067
5068 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5069
5070 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5071                                                 unsigned long node_start_pfn,
5072                                                 unsigned long node_end_pfn,
5073                                                 unsigned long *zones_size,
5074                                                 unsigned long *zholes_size)
5075 {
5076         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5077         enum zone_type i;
5078
5079         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5080                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5081                 unsigned long size, real_size;
5082
5083                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5084                                                   node_start_pfn,
5085                                                   node_end_pfn,
5086                                                   zones_size);
5087                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5088                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5089                                                   zholes_size);
5090                 zone->spanned_pages = size;
5091                 zone->present_pages = real_size;
5092
5093                 totalpages += size;
5094                 realtotalpages += real_size;
5095         }
5096
5097         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5098         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5099         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5100                                                         realtotalpages);
5101 }
5102
5103 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5104 /*
5105  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5106  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5107  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5108  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5109  * bytes.
5110  */
5111 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5112 {
5113         unsigned long usemapsize;
5114
5115         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5116         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5117         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5118         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5119         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5120
5121         return usemapsize / 8;
5122 }
5123
5124 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5125                                 struct zone *zone,
5126                                 unsigned long zone_start_pfn,
5127                                 unsigned long zonesize)
5128 {
5129         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5130         zone->pageblock_flags = NULL;
5131         if (usemapsize)
5132                 zone->pageblock_flags =
5133                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5134                                                          pgdat->node_id);
5135 }
5136 #else
5137 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5138                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5139 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5140
5141 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5142
5143 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5144 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5145 {
5146         unsigned int order;
5147
5148         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5149         if (pageblock_order)
5150                 return;
5151
5152         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5153                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5154         else
5155                 order = MAX_ORDER - 1;
5156
5157         /*
5158          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5159          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5160          * powerpc.
5161          */
5162         pageblock_order = order;
5163 }
5164 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5165
5166 /*
5167  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5168  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5169  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5170  * the kernel config
5171  */
5172 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5173 {
5174 }
5175
5176 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5177
5178 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5179                                                    unsigned long present_pages)
5180 {
5181         unsigned long pages = spanned_pages;
5182
5183         /*
5184          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5185          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5186          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5187          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5188          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5189          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5190          */
5191         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5192             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5193                 pages = present_pages;
5194
5195         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5196 }
5197
5198 /*
5199  * Set up the zone data structures:
5200  *   - mark all pages reserved
5201  *   - mark all memory queues empty
5202  *   - clear the memory bitmaps
5203  *
5204  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5205  */
5206 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
5207                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn)
5208 {
5209         enum zone_type j;
5210         int nid = pgdat->node_id;
5211         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5212         int ret;
5213
5214         pgdat_resize_init(pgdat);
5215 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5216         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5217         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5218         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5219 #endif
5220         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5221         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5222         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5223
5224         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5225                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5226                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5227
5228                 size = zone->spanned_pages;
5229                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5230
5231                 /*
5232                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5233                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5234                  * and per-cpu initialisations
5235                  */
5236                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5237                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5238                         if (freesize >= memmap_pages) {
5239                                 freesize -= memmap_pages;
5240                                 if (memmap_pages)
5241                                         printk(KERN_DEBUG
5242                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5243                                                zone_names[j], memmap_pages);
5244                         } else
5245                                 printk(KERN_WARNING
5246                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5247                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5248                 }
5249
5250                 /* Account for reserved pages */
5251                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5252                         freesize -= dma_reserve;
5253                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5254                                         zone_names[0], dma_reserve);
5255                 }
5256
5257                 if (!is_highmem_idx(j))
5258                         nr_kernel_pages += freesize;
5259                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5260                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5261                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5262                 nr_all_pages += freesize;
5263
5264                 /*
5265                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5266                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5267                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5268                  */
5269                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5270 #ifdef CONFIG_NUMA
5271                 zone->node = nid;
5272                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5273                                                 / 100;
5274                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5275 #endif
5276                 zone->name = zone_names[j];
5277                 spin_lock_init(&zone->lock);
5278                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5279                 zone_seqlock_init(zone);
5280                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5281                 zone_pcp_init(zone);
5282
5283                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5284                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5285
5286                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5287                 if (!size)
5288                         continue;
5289
5290                 set_pageblock_order();
5291                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5292                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
5293                                                 size, MEMMAP_EARLY);
5294                 BUG_ON(ret);
5295                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5296                 zone_start_pfn += size;
5297         }
5298 }
5299
5300 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5301 {
5302         /* Skip empty nodes */
5303         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5304                 return;
5305
5306 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5307         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5308         if (!pgdat->node_mem_map) {
5309                 unsigned long size, start, end;
5310                 struct page *map;
5311
5312                 /*
5313                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5314                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5315                  * for the buddy allocator to function correctly.
5316                  */
5317                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5318                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5319                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5320                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5321                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5322                 if (!map)
5323                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5324                                                                pgdat->node_id);
5325                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
5326         }
5327 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5328         /*
5329          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5330          */
5331         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5332                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5333 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5334                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5335                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
5336 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5337         }
5338 #endif
5339 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5340 }
5341
5342 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5343                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5344 {
5345         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5346         unsigned long start_pfn = 0;
5347         unsigned long end_pfn = 0;
5348
5349         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5350         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5351
5352         reset_deferred_meminit(pgdat);
5353         pgdat->node_id = nid;
5354         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5355 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5356         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5357         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5358                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT, ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5359 #endif
5360         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5361                                   zones_size, zholes_size);
5362
5363         alloc_node_mem_map(pgdat);
5364 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5365         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5366                 nid, (unsigned long)pgdat,
5367                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5368 #endif
5369
5370         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn);
5371 }
5372
5373 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5374
5375 #if MAX_NUMNODES > 1
5376 /*
5377  * Figure out the number of possible node ids.
5378  */
5379 void __init setup_nr_node_ids(void)
5380 {
5381         unsigned int node;
5382         unsigned int highest = 0;
5383
5384         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5385                 highest = node;
5386         nr_node_ids = highest + 1;
5387 }
5388 #endif
5389
5390 /**
5391  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5392  *
5393  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5394  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5395  * all the nodes.
5396  *
5397  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5398  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5399  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5400  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5401  *
5402  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5403  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5404  * populated node map.
5405  *
5406  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5407  * requirement (single node).
5408  */
5409 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5410 {
5411         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5412         unsigned long start, end, mask;
5413         int last_nid = -1;
5414         int i, nid;
5415
5416         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5417                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5418                         last_nid = nid;
5419                         last_end = end;
5420                         continue;
5421                 }
5422
5423                 /*
5424                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5425                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5426                  * too coarse to separate the current node from the last.
5427                  */
5428                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5429                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5430                         mask <<= 1;
5431
5432                 /* accumulate all internode masks */
5433                 accl_mask |= mask;
5434         }
5435
5436         /* convert mask to number of pages */
5437         return ~accl_mask + 1;
5438 }
5439
5440 /* Find the lowest pfn for a node */
5441 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5442 {
5443         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5444         unsigned long start_pfn;
5445         int i;
5446
5447         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5448                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5449
5450         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5451                 printk(KERN_WARNING
5452                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5453                 return 0;
5454         }
5455
5456         return min_pfn;
5457 }
5458
5459 /**
5460  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5461  *
5462  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5463  * memblock_set_node().
5464  */
5465 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5466 {
5467         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5468 }
5469
5470 /*
5471  * early_calculate_totalpages()
5472  * Sum pages in active regions for movable zone.
5473  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5474  */
5475 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5476 {
5477         unsigned long totalpages = 0;
5478         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5479         int i, nid;
5480
5481         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5482                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5483
5484                 totalpages += pages;
5485                 if (pages)
5486                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5487         }
5488         return totalpages;
5489 }
5490
5491 /*
5492  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5493  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5494  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5495  * others
5496  */
5497 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5498 {
5499         int i, nid;
5500         unsigned long usable_startpfn;
5501         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5502         /* save the state before borrow the nodemask */
5503         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5504         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5505         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5506         struct memblock_region *r;
5507
5508         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5509         find_usable_zone_for_movable();
5510
5511         /*
5512          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5513          * options.
5514          */
5515         if (movable_node_is_enabled()) {
5516                 for_each_memblock(memory, r) {
5517                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5518                                 continue;
5519
5520                         nid = r->nid;
5521
5522                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5523                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5524                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5525                                 usable_startpfn;
5526                 }
5527
5528                 goto out2;
5529         }
5530
5531         /*
5532          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5533          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5534          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5535          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5536          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5537          * what movablecore would have allowed.
5538          */
5539         if (required_movablecore) {
5540                 unsigned long corepages;
5541
5542                 /*
5543                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5544                  * was requested by the user
5545                  */
5546                 required_movablecore =
5547                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5548                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5549
5550                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5551         }
5552
5553         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5554         if (!required_kernelcore)
5555                 goto out;
5556
5557         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5558         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5559
5560 restart:
5561         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5562         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5563         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5564                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5565
5566                 /*
5567                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5568                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5569                  * amount of memory for the kernel
5570                  */
5571                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5572                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5573
5574                 /*
5575                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5576                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5577                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5578                  */
5579                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5580
5581                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5582                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5583                         unsigned long size_pages;
5584
5585                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5586                         if (start_pfn >= end_pfn)
5587                                 continue;
5588
5589                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5590                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5591                                 unsigned long kernel_pages;
5592                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5593                                                                 - start_pfn;
5594
5595                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5596                                                         kernelcore_remaining);
5597                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5598                                                         required_kernelcore);
5599
5600                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5601                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5602
5603                                         /*
5604                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5605                                          * that if we have to rebalance
5606                                          * kernelcore across nodes, we will
5607                                          * not double account here
5608                                          */
5609                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5610                                         continue;
5611                                 }
5612                                 start_pfn = usable_startpfn;
5613                         }
5614
5615                         /*
5616                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5617                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5618                          * number of pages used as kernelcore
5619                          */
5620                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5621                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5622                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5623                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5624
5625                         /*
5626                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5627                          * break if the kernelcore for this node has been
5628                          * satisfied
5629                          */
5630                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5631                                                                 size_pages);
5632                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5633                         if (!kernelcore_remaining)
5634                                 break;
5635                 }
5636         }
5637
5638         /*
5639          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5640          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5641          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5642          * satisfied
5643          */
5644         usable_nodes--;
5645         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5646                 goto restart;
5647
5648 out2:
5649         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5650         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5651                 zone_movable_pfn[nid] =
5652                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5653
5654 out:
5655         /* restore the node_state */
5656         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5657 }
5658
5659 /* Any regular or high memory on that node ? */
5660 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5661 {
5662         enum zone_type zone_type;
5663
5664         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5665                 return;
5666
5667         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5668                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5669                 if (populated_zone(zone)) {
5670                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5671                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5672                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5673                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5674                         break;
5675                 }
5676         }
5677 }
5678
5679 /**
5680  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5681  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5682  *
5683  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5684  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5685  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5686  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5687  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5688  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5689  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5690  * at arch_max_dma_pfn.
5691  */
5692 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5693 {
5694         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5695         int i, nid;
5696
5697         /* Record where the zone boundaries are */
5698         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5699                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5700         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5701                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5702         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5703         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5704         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5705                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5706                         continue;
5707                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5708                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5709                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5710                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5711         }
5712         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5713         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5714
5715         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5716         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5717         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5718
5719         /* Print out the zone ranges */
5720         pr_info("Zone ranges:\n");
5721         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5722                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5723                         continue;
5724                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5725                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5726                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5727                         pr_cont("empty\n");
5728                 else
5729                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5730                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5731                                         << PAGE_SHIFT,
5732                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5733                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5734         }
5735
5736         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5737         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5738         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5739                 if (zone_movable_pfn[i])
5740                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5741                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5742         }
5743
5744         /* Print out the early node map */
5745         pr_info("Early memory node ranges\n");
5746         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5747                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5748                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5749                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5750
5751         /* Initialise every node */
5752         mminit_verify_pageflags_layout();
5753         setup_nr_node_ids();
5754         for_each_online_node(nid) {
5755                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5756                 free_area_init_node(nid, NULL,
5757                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5758
5759                 /* Any memory on that node */
5760                 if (pgdat->node_present_pages)
5761                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5762                 check_for_memory(pgdat, nid);
5763         }
5764 }
5765
5766 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5767 {
5768         unsigned long long coremem;
5769         if (!p)
5770                 return -EINVAL;
5771
5772         coremem = memparse(p, &p);
5773         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5774
5775         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5776         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5777
5778         return 0;
5779 }
5780
5781 /*
5782  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5783  * cannot be reclaimed or migrated.
5784  */
5785 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5786 {
5787         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5788 }
5789
5790 /*
5791  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5792  * can be reclaimed or migrated.
5793  */
5794 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5795 {
5796         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5797 }
5798
5799 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5800 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5801
5802 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5803
5804 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5805 {
5806         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5807         page_zone(page)->managed_pages += count;
5808         totalram_pages += count;
5809 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5810         if (PageHighMem(page))
5811                 totalhigh_pages += count;
5812 #endif
5813         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5814 }
5815 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5816
5817 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5818 {
5819         void *pos;
5820         unsigned long pages = 0;
5821
5822         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5823         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5824         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5825                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5826                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5827                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5828         }
5829
5830         if (pages && s)
5831                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5832                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5833
5834         return pages;
5835 }
5836 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5837
5838 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5839 void free_highmem_page(struct page *page)
5840 {
5841         __free_reserved_page(page);
5842         totalram_pages++;
5843         page_zone(page)->managed_pages++;
5844         totalhigh_pages++;
5845 }
5846 #endif
5847
5848
5849 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5850 {
5851         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5852         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5853
5854         physpages = get_num_physpages();
5855         codesize = _etext - _stext;
5856         datasize = _edata - _sdata;
5857         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5858         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5859         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5860         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5861
5862         /*
5863          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5864          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5865          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5866          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5867          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5868          */
5869 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5870         do { \
5871                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5872                         size -= adj; \
5873         } while (0)
5874
5875         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5876                      _sinittext, init_code_size);
5877         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5878         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5879         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5880         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5881
5882 #undef  adj_init_size
5883
5884         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5885                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5886                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5887 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5888                ", %luK highmem"
5889 #endif
5890                "%s%s)\n",
5891                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5892                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5893                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5894                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5895                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5896 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5897                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5898 #endif
5899                str ? ", " : "", str ? str : "");
5900 }
5901
5902 /**
5903  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5904  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5905  *
5906  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5907  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5908  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5909  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5910  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5911  * smaller per-cpu batchsize.
5912  */
5913 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5914 {
5915         dma_reserve = new_dma_reserve;
5916 }
5917
5918 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5919 {
5920         free_area_init_node(0, zones_size,
5921                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5922 }
5923
5924 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5925                                  unsigned long action, void *hcpu)
5926 {
5927         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5928
5929         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5930                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5931                 drain_pages(cpu);
5932
5933                 /*
5934                  * Spill the event counters of the dead processor
5935                  * into the current processors event counters.
5936                  * This artificially elevates the count of the current
5937                  * processor.
5938                  */
5939                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5940
5941                 /*
5942                  * Zero the differential counters of the dead processor
5943                  * so that the vm statistics are consistent.
5944                  *
5945                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5946                  * race with what we are doing.
5947                  */
5948                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5949         }
5950         return NOTIFY_OK;
5951 }
5952
5953 void __init page_alloc_init(void)
5954 {
5955         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5956 }
5957
5958 /*
5959  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5960  *      or min_free_kbytes changes.
5961  */
5962 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5963 {
5964         struct pglist_data *pgdat;
5965         unsigned long reserve_pages = 0;
5966         enum zone_type i, j;
5967
5968         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5969                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5970                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5971                         long max = 0;
5972
5973                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5974                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5975                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5976                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5977                         }
5978
5979                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5980                         max += high_wmark_pages(zone);
5981
5982                         if (max > zone->managed_pages)
5983                                 max = zone->managed_pages;
5984                         reserve_pages += max;
5985                         /*
5986                          * Lowmem reserves are not available to
5987                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5988                          * kswapd tries to balance zones to their high
5989                          * watermark.  As a result, neither should be
5990                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5991                          * situation where reclaim has to clean pages
5992                          * in order to balance the zones.
5993                          */
5994                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5995                 }
5996         }
5997         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5998         totalreserve_pages = reserve_pages;
5999 }
6000
6001 /*
6002  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6003  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6004  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6005  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6006  */
6007 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6008 {
6009         struct pglist_data *pgdat;
6010         enum zone_type j, idx;
6011
6012         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6013                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6014                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6015                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6016
6017                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6018
6019                         idx = j;
6020                         while (idx) {
6021                                 struct zone *lower_zone;
6022
6023                                 idx--;
6024
6025                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6026                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6027
6028                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6029                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6030                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6031                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6032                         }
6033                 }
6034         }
6035
6036         /* update totalreserve_pages */
6037         calculate_totalreserve_pages();
6038 }
6039
6040 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6041 {
6042         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6043         unsigned long lowmem_pages = 0;
6044         struct zone *zone;
6045         unsigned long flags;
6046
6047         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6048         for_each_zone(zone) {
6049                 if (!is_highmem(zone))
6050                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6051         }
6052
6053         for_each_zone(zone) {
6054                 u64 tmp;
6055
6056                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6057                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6058                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6059                 if (is_highmem(zone)) {
6060                         /*
6061                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6062                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6063                          * value here.
6064                          *
6065                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6066                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6067                          * not be capped for highmem.
6068                          */
6069                         unsigned long min_pages;
6070
6071                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6072                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6073                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6074                 } else {
6075                         /*
6076                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6077                          * proportionate to the zone's size.
6078                          */
6079                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6080                 }
6081
6082                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6083                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6084
6085                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6086                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6087                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6088
6089                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
6090                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6091         }
6092
6093         /* update totalreserve_pages */
6094         calculate_totalreserve_pages();
6095 }
6096
6097 /**
6098  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6099  * or when memory is hot-{added|removed}
6100  *
6101  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6102  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6103  */
6104 void setup_per_zone_wmarks(void)
6105 {
6106         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6107         __setup_per_zone_wmarks();
6108         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6109 }
6110
6111 /*
6112  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6113  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6114  * to be referenced again before it is swapped out.
6115  *
6116  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6117  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6118  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6119  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6120  *
6121  * total     target    max
6122  * memory    ratio     inactive anon
6123  * -------------------------------------
6124  *   10MB       1         5MB
6125  *  100MB       1        50MB
6126  *    1GB       3       250MB
6127  *   10GB      10       0.9GB
6128  *  100GB      31         3GB
6129  *    1TB     101        10GB
6130  *   10TB     320        32GB
6131  */
6132 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6133 {
6134         unsigned int gb, ratio;
6135
6136         /* Zone size in gigabytes */
6137         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6138         if (gb)
6139                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6140         else
6141                 ratio = 1;
6142
6143         zone->inactive_ratio = ratio;
6144 }
6145
6146 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6147 {
6148         struct zone *zone;
6149
6150         for_each_zone(zone)
6151                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6152 }
6153
6154 /*
6155  * Initialise min_free_kbytes.
6156  *
6157  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6158  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6159  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6160  *
6161  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6162  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6163  *
6164  * which yields
6165  *
6166  * 16MB:        512k
6167  * 32MB:        724k
6168  * 64MB:        1024k
6169  * 128MB:       1448k
6170  * 256MB:       2048k
6171  * 512MB:       2896k
6172  * 1024MB:      4096k
6173  * 2048MB:      5792k
6174  * 4096MB:      8192k
6175  * 8192MB:      11584k
6176  * 16384MB:     16384k
6177  */
6178 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6179 {
6180         unsigned long lowmem_kbytes;
6181         int new_min_free_kbytes;
6182
6183         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6184         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6185
6186         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6187                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6188                 if (min_free_kbytes < 128)
6189                         min_free_kbytes = 128;
6190                 if (min_free_kbytes > 65536)
6191                         min_free_kbytes = 65536;
6192         } else {
6193                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6194                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6195         }
6196         setup_per_zone_wmarks();
6197         refresh_zone_stat_thresholds();
6198         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6199         setup_per_zone_inactive_ratio();
6200         return 0;
6201 }
6202 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6203
6204 /*
6205  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6206  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6207  *      changes.
6208  */
6209 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6210         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6211 {
6212         int rc;
6213
6214         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6215         if (rc)
6216                 return rc;
6217
6218         if (write) {
6219                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6220                 setup_per_zone_wmarks();
6221         }
6222         return 0;
6223 }
6224
6225 #ifdef CONFIG_NUMA
6226 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6227         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6228 {
6229         struct zone *zone;
6230         int rc;
6231
6232         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6233         if (rc)
6234                 return rc;
6235
6236         for_each_zone(zone)
6237                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6238                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6239         return 0;
6240 }
6241
6242 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6243         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6244 {
6245         struct zone *zone;
6246         int rc;
6247
6248         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6249         if (rc)
6250                 return rc;
6251
6252         for_each_zone(zone)
6253                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6254                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6255         return 0;
6256 }
6257 #endif
6258
6259 /*
6260  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6261  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6262  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6263  *
6264  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6265  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6266  * if in function of the boot time zone sizes.
6267  */
6268 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6269         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6270 {
6271         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6272         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6273         return 0;
6274 }
6275
6276 /*
6277  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6278  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6279  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6280  */
6281 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6282         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6283 {
6284         struct zone *zone;
6285         int old_percpu_pagelist_fraction;
6286         int ret;
6287
6288         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6289         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6290
6291         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6292         if (!write || ret < 0)
6293                 goto out;
6294
6295         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6296         if (percpu_pagelist_fraction &&
6297             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6298                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6299                 ret = -EINVAL;
6300                 goto out;
6301         }
6302
6303         /* No change? */
6304         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6305                 goto out;
6306
6307         for_each_populated_zone(zone) {
6308                 unsigned int cpu;
6309
6310                 for_each_possible_cpu(cpu)
6311                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6312                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6313         }
6314 out:
6315         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6316         return ret;
6317 }
6318
6319 #ifdef CONFIG_NUMA
6320 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6321
6322 static int __init set_hashdist(char *str)
6323 {
6324         if (!str)
6325                 return 0;
6326         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6327         return 1;
6328 }
6329 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6330 #endif
6331
6332 /*
6333  * allocate a large system hash table from bootmem
6334  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6335  *   quantity of entries
6336  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6337  */
6338 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6339                                      unsigned long bucketsize,
6340                                      unsigned long numentries,
6341                                      int scale,
6342                                      int flags,
6343                                      unsigned int *_hash_shift,
6344                                      unsigned int *_hash_mask,
6345                                      unsigned long low_limit,
6346                                      unsigned long high_limit)
6347 {
6348         unsigned long long max = high_limit;
6349         unsigned long log2qty, size;
6350         void *table = NULL;
6351
6352         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6353         if (!numentries) {
6354                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6355                 numentries = nr_kernel_pages;
6356
6357                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6358                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6359                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6360
6361                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6362                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6363                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6364                 else
6365                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6366
6367                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6368                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6369                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6370                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6371                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6372                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6373                                 BUG_ON(!numentries);
6374                         }
6375                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6376                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6377         }
6378         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6379
6380         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6381         if (max == 0) {
6382                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6383                 do_div(max, bucketsize);
6384         }
6385         max = min(max, 0x80000000ULL);
6386
6387         if (numentries < low_limit)
6388                 numentries = low_limit;
6389         if (numentries > max)
6390                 numentries = max;
6391
6392         log2qty = ilog2(numentries);
6393
6394         do {
6395                 size = bucketsize << log2qty;
6396                 if (flags & HASH_EARLY)
6397                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6398                 else if (hashdist)
6399                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6400                 else {
6401                         /*
6402                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6403                          * some pages at the end of hash table which
6404                          * alloc_pages_exact() automatically does
6405                          */
6406                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6407                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6408                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6409                         }
6410                 }
6411         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6412
6413         if (!table)
6414                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6415
6416         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6417                tablename,
6418                (1UL << log2qty),
6419                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6420                size);
6421
6422         if (_hash_shift)
6423                 *_hash_shift = log2qty;
6424         if (_hash_mask)
6425                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6426
6427         return table;
6428 }
6429
6430 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6431 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6432                                                         unsigned long pfn)
6433 {
6434 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6435         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6436 #else
6437         return zone->pageblock_flags;
6438 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6439 }
6440
6441 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6442 {
6443 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6444         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6445         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6446 #else
6447         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6448         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6449 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6450 }
6451
6452 /**
6453  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6454  * @page: The page within the block of interest
6455  * @pfn: The target page frame number
6456  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6457  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6458  *
6459  * Return: pageblock_bits flags
6460  */
6461 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6462                                         unsigned long end_bitidx,
6463                                         unsigned long mask)
6464 {
6465         struct zone *zone;
6466         unsigned long *bitmap;
6467         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6468         unsigned long word;
6469
6470         zone = page_zone(page);
6471         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6472         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6473         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6474         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6475
6476         word = bitmap[word_bitidx];
6477         bitidx += end_bitidx;
6478         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6479 }
6480
6481 /**
6482  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6483  * @page: The page within the block of interest
6484  * @flags: The flags to set
6485  * @pfn: The target page frame number
6486  * @end_bitidx: The last bit of interest
6487  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6488  */
6489 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6490                                         unsigned long pfn,
6491                                         unsigned long end_bitidx,
6492                                         unsigned long mask)
6493 {
6494         struct zone *zone;
6495         unsigned long *bitmap;
6496         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6497         unsigned long old_word, word;
6498
6499         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6500
6501         zone = page_zone(page);
6502         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6503         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6504         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6505         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6506
6507         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6508
6509         bitidx += end_bitidx;
6510         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6511         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6512
6513         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6514         for (;;) {
6515                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6516                 if (word == old_word)
6517                         break;
6518                 word = old_word;
6519         }
6520 }
6521
6522 /*
6523  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6524  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6525  *
6526  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6527  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6528  * expect this function should be exact.
6529  */
6530 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6531                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6532 {
6533         unsigned long pfn, iter, found;
6534         int mt;
6535
6536         /*
6537          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6538          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6539          */
6540         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6541                 return false;
6542         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6543         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6544                 return false;
6545
6546         pfn = page_to_pfn(page);
6547         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6548                 unsigned long check = pfn + iter;
6549
6550                 if (!pfn_valid_within(check))
6551                         continue;
6552
6553                 page = pfn_to_page(check);
6554
6555                 /*
6556                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6557                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6558                  * handle each tail page individually in migration.
6559                  */
6560                 if (PageHuge(page)) {
6561                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6562                         continue;
6563                 }
6564
6565                 /*
6566                  * We can't use page_count without pin a page
6567                  * because another CPU can free compound page.
6568                  * This check already skips compound tails of THP
6569                  * because their page->_count is zero at all time.
6570                  */
6571                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6572                         if (PageBuddy(page))
6573                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6574                         continue;
6575                 }
6576
6577                 /*
6578                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6579                  * page_count() is not 0.
6580                  */
6581                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6582                         continue;
6583
6584                 if (!PageLRU(page))
6585                         found++;
6586                 /*
6587                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6588                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6589                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6590                  */
6591                 /*
6592                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6593                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6594                  *
6595                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6596                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6597                  * page at boot.
6598                  */
6599                 if (found > count)
6600                         return true;
6601         }
6602         return false;
6603 }
6604
6605 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6606 {
6607         struct zone *zone;
6608         unsigned long pfn;
6609
6610         /*
6611          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6612          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6613          * the zone but still within the section.
6614          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6615          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6616          */
6617         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6618                 return false;
6619
6620         zone = page_zone(page);
6621         pfn = page_to_pfn(page);
6622         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6623                 return false;
6624
6625         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6626 }
6627
6628 #ifdef CONFIG_CMA
6629
6630 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6631 {
6632         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6633                              pageblock_nr_pages) - 1);
6634 }
6635
6636 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6637 {
6638         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6639                                 pageblock_nr_pages));
6640 }
6641
6642 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6643 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6644                                         unsigned long start, unsigned long end)
6645 {
6646         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6647         unsigned long nr_reclaimed;
6648         unsigned long pfn = start;
6649         unsigned int tries = 0;
6650         int ret = 0;
6651
6652         migrate_prep();
6653
6654         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6655                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6656                         ret = -EINTR;
6657                         break;
6658                 }
6659
6660                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6661                         cc->nr_migratepages = 0;
6662                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6663                         if (!pfn) {
6664                                 ret = -EINTR;
6665                                 break;
6666                         }
6667                         tries = 0;
6668                 } else if (++tries == 5) {
6669                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6670                         break;
6671                 }
6672
6673                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6674                                                         &cc->migratepages);
6675                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6676
6677                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6678                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6679         }
6680         if (ret < 0) {
6681                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6682                 return ret;
6683         }
6684         return 0;
6685 }
6686
6687 /**
6688  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6689  * @start:      start PFN to allocate
6690  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6691  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6692  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6693  *                      in range must have the same migratetype and it must
6694  *                      be either of the two.
6695  *
6696  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6697  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6698  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6699  * pages fall in.
6700  *
6701  * The PFN range must belong to a single zone.
6702  *
6703  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6704  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6705  * need to be freed with free_contig_range().
6706  */
6707 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6708                        unsigned migratetype)
6709 {
6710         unsigned long outer_start, outer_end;
6711         int ret = 0, order;
6712
6713         struct compact_control cc = {
6714                 .nr_migratepages = 0,
6715                 .order = -1,
6716                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6717                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6718                 .ignore_skip_hint = true,
6719         };
6720         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6721
6722         /*
6723          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6724          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6725          * have different sizes, and due to the way page allocator
6726          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6727          * that page allocator won't try to merge buddies from
6728          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6729          * other migration type.
6730          *
6731          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6732          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6733          * we are interested in).  This will put all the pages in
6734          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6735          *
6736          * When this is done, we take the pages in range from page
6737          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6738          * page allocator will never consider using them.
6739          *
6740          * This lets us mark the pageblocks back as
6741          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6742          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6743          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6744          */
6745
6746         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6747                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6748                                        false);
6749         if (ret)
6750                 return ret;
6751
6752         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6753         if (ret)
6754                 goto done;
6755
6756         /*
6757          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6758          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6759          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6760          * What we are going to do is to allocate all pages from
6761          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6762          *
6763          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6764          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6765          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6766          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6767          * once this is done free the pages we are not interested in.
6768          *
6769          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6770          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6771          */
6772
6773         lru_add_drain_all();
6774         drain_all_pages(cc.zone);
6775
6776         order = 0;
6777         outer_start = start;
6778         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6779                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6780                         ret = -EBUSY;
6781                         goto done;
6782                 }
6783                 outer_start &= ~0UL << order;
6784         }
6785
6786         /* Make sure the range is really isolated. */
6787         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6788                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6789                         __func__, outer_start, end);
6790                 ret = -EBUSY;
6791                 goto done;
6792         }
6793
6794         /* Grab isolated pages from freelists. */
6795         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6796         if (!outer_end) {
6797                 ret = -EBUSY;
6798                 goto done;
6799         }
6800
6801         /* Free head and tail (if any) */
6802         if (start != outer_start)
6803                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6804         if (end != outer_end)
6805                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6806
6807 done:
6808         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6809                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6810         return ret;
6811 }
6812
6813 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6814 {
6815         unsigned int count = 0;
6816
6817         for (; nr_pages--; pfn++) {
6818                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6819
6820                 count += page_count(page) != 1;
6821                 __free_page(page);
6822         }
6823         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6824 }
6825 #endif
6826
6827 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6828 /*
6829  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6830  * page high values need to be recalulated.
6831  */
6832 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6833 {
6834         unsigned cpu;
6835         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6836         for_each_possible_cpu(cpu)
6837                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6838                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6839         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6840 }
6841 #endif
6842
6843 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6844 {
6845         unsigned long flags;
6846         int cpu;
6847         struct per_cpu_pageset *pset;
6848
6849         /* avoid races with drain_pages()  */
6850         local_irq_save(flags);
6851         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6852                 for_each_online_cpu(cpu) {
6853                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6854                         drain_zonestat(zone, pset);
6855                 }
6856                 free_percpu(zone->pageset);
6857                 zone->pageset = &boot_pageset;
6858         }
6859         local_irq_restore(flags);
6860 }
6861
6862 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6863 /*
6864  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6865  */
6866 void
6867 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6868 {
6869         struct page *page;
6870         struct zone *zone;
6871         unsigned int order, i;
6872         unsigned long pfn;
6873         unsigned long flags;
6874         /* find the first valid pfn */
6875         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6876                 if (pfn_valid(pfn))
6877                         break;
6878         if (pfn == end_pfn)
6879                 return;
6880         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6881         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6882         pfn = start_pfn;
6883         while (pfn < end_pfn) {
6884                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6885                         pfn++;
6886                         continue;
6887                 }
6888                 page = pfn_to_page(pfn);
6889                 /*
6890                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6891                  * page_count() is not 0.
6892                  */
6893                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6894                         pfn++;
6895                         SetPageReserved(page);
6896                         continue;
6897                 }
6898
6899                 BUG_ON(page_count(page));
6900                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6901                 order = page_order(page);
6902 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6903                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6904                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6905 #endif
6906                 list_del(&page->lru);
6907                 rmv_page_order(page);
6908                 zone->free_area[order].nr_free--;
6909                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6910                         SetPageReserved((page+i));
6911                 pfn += (1 << order);
6912         }
6913         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6914 }
6915 #endif
6916
6917 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6918 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6919 {
6920         struct zone *zone = page_zone(page);
6921         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6922         unsigned long flags;
6923         unsigned int order;
6924
6925         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6926         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6927                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6928
6929                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6930                         break;
6931         }
6932         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6933
6934         return order < MAX_ORDER;
6935 }
6936 #endif