mm, cma: drain single zone pcplists
[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/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_cgroup.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <linux/prefetch.h>
57 #include <linux/mm_inline.h>
58 #include <linux/migrate.h>
59 #include <linux/page-debug-flags.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62
63 #include <asm/sections.h>
64 #include <asm/tlbflush.h>
65 #include <asm/div64.h>
66 #include "internal.h"
67
68 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
69 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
70 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
71
72 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
73 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
74 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
75 #endif
76
77 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
78 /*
79  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
80  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
81  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
82  * defined in <linux/topology.h>.
83  */
84 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
85 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
86 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
87 #endif
88
89 /*
90  * Array of node states.
91  */
92 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
93         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
94         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
95 #ifndef CONFIG_NUMA
96         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
97 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
98         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
99 #endif
100 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
101         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
102 #endif
103         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
104 #endif  /* NUMA */
105 };
106 EXPORT_SYMBOL(node_states);
107
108 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
109 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
110
111 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
112 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
113 /*
114  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
115  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
116  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
117  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
118  */
119 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
120
121 int percpu_pagelist_fraction;
122 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
123
124 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
125 /*
126  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
127  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
128  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
129  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
130  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
131  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
132  */
133
134 static gfp_t saved_gfp_mask;
135
136 void pm_restore_gfp_mask(void)
137 {
138         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
139         if (saved_gfp_mask) {
140                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
141                 saved_gfp_mask = 0;
142         }
143 }
144
145 void pm_restrict_gfp_mask(void)
146 {
147         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
148         WARN_ON(saved_gfp_mask);
149         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
150         gfp_allowed_mask &= ~GFP_IOFS;
151 }
152
153 bool pm_suspended_storage(void)
154 {
155         if ((gfp_allowed_mask & GFP_IOFS) == GFP_IOFS)
156                 return false;
157         return true;
158 }
159 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
160
161 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
162 int pageblock_order __read_mostly;
163 #endif
164
165 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
166
167 /*
168  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
169  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
170  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
171  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
172  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
173  *      HIGHMEM allocation will (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
174  *
175  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
176  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
177  */
178 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
179 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
180          256,
181 #endif
182 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
183          256,
184 #endif
185 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
186          32,
187 #endif
188          32,
189 };
190
191 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
192
193 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
194 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
195          "DMA",
196 #endif
197 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
198          "DMA32",
199 #endif
200          "Normal",
201 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
202          "HighMem",
203 #endif
204          "Movable",
205 };
206
207 int min_free_kbytes = 1024;
208 int user_min_free_kbytes = -1;
209
210 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
211 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
212 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
213
214 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
215 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
216 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
217 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
218 static unsigned long __initdata required_movablecore;
219 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
220
221 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
222 int movable_zone;
223 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
224 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
225
226 #if MAX_NUMNODES > 1
227 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
228 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
229 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
230 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
231 #endif
232
233 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
234
235 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
236 {
237         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
238                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
239                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
240
241         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
242                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
243 }
244
245 bool oom_killer_disabled __read_mostly;
246
247 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
248 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
249 {
250         int ret = 0;
251         unsigned seq;
252         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
253         unsigned long sp, start_pfn;
254
255         do {
256                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
257                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
258                 sp = zone->spanned_pages;
259                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
260                         ret = 1;
261         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
262
263         if (ret)
264                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
265                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
266                         start_pfn, start_pfn + sp);
267
268         return ret;
269 }
270
271 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
272 {
273         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
274                 return 0;
275         if (zone != page_zone(page))
276                 return 0;
277
278         return 1;
279 }
280 /*
281  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
282  */
283 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
284 {
285         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
286                 return 1;
287         if (!page_is_consistent(zone, page))
288                 return 1;
289
290         return 0;
291 }
292 #else
293 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
294 {
295         return 0;
296 }
297 #endif
298
299 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
300                 unsigned long bad_flags)
301 {
302         static unsigned long resume;
303         static unsigned long nr_shown;
304         static unsigned long nr_unshown;
305
306         /* Don't complain about poisoned pages */
307         if (PageHWPoison(page)) {
308                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
309                 return;
310         }
311
312         /*
313          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
314          * or allow a steady drip of one report per second.
315          */
316         if (nr_shown == 60) {
317                 if (time_before(jiffies, resume)) {
318                         nr_unshown++;
319                         goto out;
320                 }
321                 if (nr_unshown) {
322                         printk(KERN_ALERT
323                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
324                                 nr_unshown);
325                         nr_unshown = 0;
326                 }
327                 nr_shown = 0;
328         }
329         if (nr_shown++ == 0)
330                 resume = jiffies + 60 * HZ;
331
332         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
333                 current->comm, page_to_pfn(page));
334         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
335
336         print_modules();
337         dump_stack();
338 out:
339         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
340         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
341         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
342 }
343
344 /*
345  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
346  *
347  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page".
348  *
349  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages".
350  *
351  * All pages have PG_compound set.  All tail pages have their ->first_page
352  * pointing at the head page.
353  *
354  * The first tail page's ->lru.next holds the address of the compound page's
355  * put_page() function.  Its ->lru.prev holds the order of allocation.
356  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
357  */
358
359 static void free_compound_page(struct page *page)
360 {
361         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
362 }
363
364 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
365 {
366         int i;
367         int nr_pages = 1 << order;
368
369         set_compound_page_dtor(page, free_compound_page);
370         set_compound_order(page, order);
371         __SetPageHead(page);
372         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
373                 struct page *p = page + i;
374                 set_page_count(p, 0);
375                 p->first_page = page;
376                 /* Make sure p->first_page is always valid for PageTail() */
377                 smp_wmb();
378                 __SetPageTail(p);
379         }
380 }
381
382 /* update __split_huge_page_refcount if you change this function */
383 static int destroy_compound_page(struct page *page, unsigned long order)
384 {
385         int i;
386         int nr_pages = 1 << order;
387         int bad = 0;
388
389         if (unlikely(compound_order(page) != order)) {
390                 bad_page(page, "wrong compound order", 0);
391                 bad++;
392         }
393
394         __ClearPageHead(page);
395
396         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
397                 struct page *p = page + i;
398
399                 if (unlikely(!PageTail(p))) {
400                         bad_page(page, "PageTail not set", 0);
401                         bad++;
402                 } else if (unlikely(p->first_page != page)) {
403                         bad_page(page, "first_page not consistent", 0);
404                         bad++;
405                 }
406                 __ClearPageTail(p);
407         }
408
409         return bad;
410 }
411
412 static inline void prep_zero_page(struct page *page, unsigned int order,
413                                                         gfp_t gfp_flags)
414 {
415         int i;
416
417         /*
418          * clear_highpage() will use KM_USER0, so it's a bug to use __GFP_ZERO
419          * and __GFP_HIGHMEM from hard or soft interrupt context.
420          */
421         VM_BUG_ON((gfp_flags & __GFP_HIGHMEM) && in_interrupt());
422         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
423                 clear_highpage(page + i);
424 }
425
426 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
427 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
428
429 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
430 {
431         unsigned long res;
432
433         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
434                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
435                 return 0;
436         }
437         _debug_guardpage_minorder = res;
438         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
439         return 0;
440 }
441 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
442
443 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page)
444 {
445         __set_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
446 }
447
448 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page)
449 {
450         __clear_bit(PAGE_DEBUG_FLAG_GUARD, &page->debug_flags);
451 }
452 #else
453 static inline void set_page_guard_flag(struct page *page) { }
454 static inline void clear_page_guard_flag(struct page *page) { }
455 #endif
456
457 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
458 {
459         set_page_private(page, order);
460         __SetPageBuddy(page);
461 }
462
463 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
464 {
465         __ClearPageBuddy(page);
466         set_page_private(page, 0);
467 }
468
469 /*
470  * This function checks whether a page is free && is the buddy
471  * we can do coalesce a page and its buddy if
472  * (a) the buddy is not in a hole &&
473  * (b) the buddy is in the buddy system &&
474  * (c) a page and its buddy have the same order &&
475  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
476  *
477  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
478  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
479  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
480  * serialized by zone->lock.
481  *
482  * For recording page's order, we use page_private(page).
483  */
484 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
485                                                         unsigned int order)
486 {
487         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
488                 return 0;
489
490         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
491                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
492
493                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
494                         return 0;
495
496                 return 1;
497         }
498
499         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
500                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
501
502                 /*
503                  * zone check is done late to avoid uselessly
504                  * calculating zone/node ids for pages that could
505                  * never merge.
506                  */
507                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
508                         return 0;
509
510                 return 1;
511         }
512         return 0;
513 }
514
515 /*
516  * Freeing function for a buddy system allocator.
517  *
518  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
519  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
520  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
521  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
522  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
523  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
524  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
525  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
526  * parts of the VM system.
527  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
528  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
529  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
530  * field.
531  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
532  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
533  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
534  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
535  * triggers coalescing into a block of larger size.
536  *
537  * -- nyc
538  */
539
540 static inline void __free_one_page(struct page *page,
541                 unsigned long pfn,
542                 struct zone *zone, unsigned int order,
543                 int migratetype)
544 {
545         unsigned long page_idx;
546         unsigned long combined_idx;
547         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
548         struct page *buddy;
549         int max_order = MAX_ORDER;
550
551         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
552
553         if (unlikely(PageCompound(page)))
554                 if (unlikely(destroy_compound_page(page, order)))
555                         return;
556
557         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
558         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
559                 /*
560                  * We restrict max order of merging to prevent merge
561                  * between freepages on isolate pageblock and normal
562                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
563                  * could cause incorrect freepage accounting.
564                  */
565                 max_order = min(MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
566         } else {
567                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
568         }
569
570         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
571
572         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
573         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
574
575         while (order < max_order - 1) {
576                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
577                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
578                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
579                         break;
580                 /*
581                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
582                  * merge with it and move up one order.
583                  */
584                 if (page_is_guard(buddy)) {
585                         clear_page_guard_flag(buddy);
586                         set_page_private(buddy, 0);
587                         if (!is_migrate_isolate(migratetype)) {
588                                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order,
589                                                           migratetype);
590                         }
591                 } else {
592                         list_del(&buddy->lru);
593                         zone->free_area[order].nr_free--;
594                         rmv_page_order(buddy);
595                 }
596                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
597                 page = page + (combined_idx - page_idx);
598                 page_idx = combined_idx;
599                 order++;
600         }
601         set_page_order(page, order);
602
603         /*
604          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
605          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
606          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
607          * that is happening, add the free page to the tail of the list
608          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
609          * as a higher order page
610          */
611         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
612                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
613                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
614                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
615                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
616                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
617                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
618                         list_add_tail(&page->lru,
619                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
620                         goto out;
621                 }
622         }
623
624         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
625 out:
626         zone->free_area[order].nr_free++;
627 }
628
629 static inline int free_pages_check(struct page *page)
630 {
631         const char *bad_reason = NULL;
632         unsigned long bad_flags = 0;
633
634         if (unlikely(page_mapcount(page)))
635                 bad_reason = "nonzero mapcount";
636         if (unlikely(page->mapping != NULL))
637                 bad_reason = "non-NULL mapping";
638         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
639                 bad_reason = "nonzero _count";
640         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
641                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
642                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
643         }
644         if (unlikely(mem_cgroup_bad_page_check(page)))
645                 bad_reason = "cgroup check failed";
646         if (unlikely(bad_reason)) {
647                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
648                 return 1;
649         }
650         page_cpupid_reset_last(page);
651         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
652                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
653         return 0;
654 }
655
656 /*
657  * Frees a number of pages from the PCP lists
658  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
659  * count is the number of pages to free.
660  *
661  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
662  * see if this freeing clears that state.
663  *
664  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
665  * pinned" detection logic.
666  */
667 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
668                                         struct per_cpu_pages *pcp)
669 {
670         int migratetype = 0;
671         int batch_free = 0;
672         int to_free = count;
673         unsigned long nr_scanned;
674
675         spin_lock(&zone->lock);
676         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
677         if (nr_scanned)
678                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
679
680         while (to_free) {
681                 struct page *page;
682                 struct list_head *list;
683
684                 /*
685                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
686                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
687                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
688                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
689                  * lists
690                  */
691                 do {
692                         batch_free++;
693                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
694                                 migratetype = 0;
695                         list = &pcp->lists[migratetype];
696                 } while (list_empty(list));
697
698                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
699                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
700                         batch_free = to_free;
701
702                 do {
703                         int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
704
705                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
706                         /* must delete as __free_one_page list manipulates */
707                         list_del(&page->lru);
708                         mt = get_freepage_migratetype(page);
709                         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
710                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
711
712                         /* MIGRATE_MOVABLE list may include MIGRATE_RESERVEs */
713                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
714                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
715                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
716         }
717         spin_unlock(&zone->lock);
718 }
719
720 static void free_one_page(struct zone *zone,
721                                 struct page *page, unsigned long pfn,
722                                 unsigned int order,
723                                 int migratetype)
724 {
725         unsigned long nr_scanned;
726         spin_lock(&zone->lock);
727         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
728         if (nr_scanned)
729                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
730
731         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
732                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
733                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
734         }
735         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
736         spin_unlock(&zone->lock);
737 }
738
739 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
740 {
741         int i;
742         int bad = 0;
743
744         trace_mm_page_free(page, order);
745         kmemcheck_free_shadow(page, order);
746
747         if (PageAnon(page))
748                 page->mapping = NULL;
749         for (i = 0; i < (1 << order); i++)
750                 bad += free_pages_check(page + i);
751         if (bad)
752                 return false;
753
754         if (!PageHighMem(page)) {
755                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
756                                            PAGE_SIZE << order);
757                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
758                                            PAGE_SIZE << order);
759         }
760         arch_free_page(page, order);
761         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
762
763         return true;
764 }
765
766 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
767 {
768         unsigned long flags;
769         int migratetype;
770         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
771
772         if (!free_pages_prepare(page, order))
773                 return;
774
775         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
776         local_irq_save(flags);
777         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
778         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
779         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
780         local_irq_restore(flags);
781 }
782
783 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned int order)
784 {
785         unsigned int nr_pages = 1 << order;
786         struct page *p = page;
787         unsigned int loop;
788
789         prefetchw(p);
790         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
791                 prefetchw(p + 1);
792                 __ClearPageReserved(p);
793                 set_page_count(p, 0);
794         }
795         __ClearPageReserved(p);
796         set_page_count(p, 0);
797
798         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
799         set_page_refcounted(page);
800         __free_pages(page, order);
801 }
802
803 #ifdef CONFIG_CMA
804 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
805 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
806 {
807         unsigned i = pageblock_nr_pages;
808         struct page *p = page;
809
810         do {
811                 __ClearPageReserved(p);
812                 set_page_count(p, 0);
813         } while (++p, --i);
814
815         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
816
817         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
818                 i = pageblock_nr_pages;
819                 p = page;
820                 do {
821                         set_page_refcounted(p);
822                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
823                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
824                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
825         } else {
826                 set_page_refcounted(page);
827                 __free_pages(page, pageblock_order);
828         }
829
830         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
831 }
832 #endif
833
834 /*
835  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
836  * Please do not alter this order without good reasons and regression
837  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
838  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
839  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
840  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
841  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
842  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
843  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
844  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
845  *
846  * -- nyc
847  */
848 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
849         int low, int high, struct free_area *area,
850         int migratetype)
851 {
852         unsigned long size = 1 << high;
853
854         while (high > low) {
855                 area--;
856                 high--;
857                 size >>= 1;
858                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
859
860 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
861                 if (high < debug_guardpage_minorder()) {
862                         /*
863                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
864                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
865                          * Corresponding page table entries will not be touched,
866                          * pages will stay not present in virtual address space
867                          */
868                         INIT_LIST_HEAD(&page[size].lru);
869                         set_page_guard_flag(&page[size]);
870                         set_page_private(&page[size], high);
871                         /* Guard pages are not available for any usage */
872                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << high),
873                                                   migratetype);
874                         continue;
875                 }
876 #endif
877                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
878                 area->nr_free++;
879                 set_page_order(&page[size], high);
880         }
881 }
882
883 /*
884  * This page is about to be returned from the page allocator
885  */
886 static inline int check_new_page(struct page *page)
887 {
888         const char *bad_reason = NULL;
889         unsigned long bad_flags = 0;
890
891         if (unlikely(page_mapcount(page)))
892                 bad_reason = "nonzero mapcount";
893         if (unlikely(page->mapping != NULL))
894                 bad_reason = "non-NULL mapping";
895         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
896                 bad_reason = "nonzero _count";
897         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
898                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
899                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
900         }
901         if (unlikely(mem_cgroup_bad_page_check(page)))
902                 bad_reason = "cgroup check failed";
903         if (unlikely(bad_reason)) {
904                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
905                 return 1;
906         }
907         return 0;
908 }
909
910 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags)
911 {
912         int i;
913
914         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
915                 struct page *p = page + i;
916                 if (unlikely(check_new_page(p)))
917                         return 1;
918         }
919
920         set_page_private(page, 0);
921         set_page_refcounted(page);
922
923         arch_alloc_page(page, order);
924         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
925
926         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
927                 prep_zero_page(page, order, gfp_flags);
928
929         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
930                 prep_compound_page(page, order);
931
932         return 0;
933 }
934
935 /*
936  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
937  * the smallest available page from the freelists
938  */
939 static inline
940 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
941                                                 int migratetype)
942 {
943         unsigned int current_order;
944         struct free_area *area;
945         struct page *page;
946
947         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
948         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
949                 area = &(zone->free_area[current_order]);
950                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
951                         continue;
952
953                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
954                                                         struct page, lru);
955                 list_del(&page->lru);
956                 rmv_page_order(page);
957                 area->nr_free--;
958                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
959                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
960                 return page;
961         }
962
963         return NULL;
964 }
965
966
967 /*
968  * This array describes the order lists are fallen back to when
969  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
970  */
971 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
972         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
973         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,     MIGRATE_RESERVE },
974 #ifdef CONFIG_CMA
975         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_CMA,         MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_RESERVE },
976         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
977 #else
978         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_RESERVE },
979 #endif
980         [MIGRATE_RESERVE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
981 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
982         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_RESERVE }, /* Never used */
983 #endif
984 };
985
986 /*
987  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
988  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
989  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
990  */
991 int move_freepages(struct zone *zone,
992                           struct page *start_page, struct page *end_page,
993                           int migratetype)
994 {
995         struct page *page;
996         unsigned long order;
997         int pages_moved = 0;
998
999 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1000         /*
1001          * page_zone is not safe to call in this context when
1002          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1003          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1004          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1005          * grouping pages by mobility
1006          */
1007         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1008 #endif
1009
1010         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1011                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1012                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1013
1014                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1015                         page++;
1016                         continue;
1017                 }
1018
1019                 if (!PageBuddy(page)) {
1020                         page++;
1021                         continue;
1022                 }
1023
1024                 order = page_order(page);
1025                 list_move(&page->lru,
1026                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1027                 set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1028                 page += 1 << order;
1029                 pages_moved += 1 << order;
1030         }
1031
1032         return pages_moved;
1033 }
1034
1035 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1036                                 int migratetype)
1037 {
1038         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1039         struct page *start_page, *end_page;
1040
1041         start_pfn = page_to_pfn(page);
1042         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1043         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1044         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1045         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1046
1047         /* Do not cross zone boundaries */
1048         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1049                 start_page = page;
1050         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1051                 return 0;
1052
1053         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1054 }
1055
1056 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1057                                         int start_order, int migratetype)
1058 {
1059         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1060
1061         while (nr_pageblocks--) {
1062                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1063                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1064         }
1065 }
1066
1067 /*
1068  * If breaking a large block of pages, move all free pages to the preferred
1069  * allocation list. If falling back for a reclaimable kernel allocation, be
1070  * more aggressive about taking ownership of free pages.
1071  *
1072  * On the other hand, never change migration type of MIGRATE_CMA pageblocks
1073  * nor move CMA pages to different free lists. We don't want unmovable pages
1074  * to be allocated from MIGRATE_CMA areas.
1075  *
1076  * Returns the new migratetype of the pageblock (or the same old migratetype
1077  * if it was unchanged).
1078  */
1079 static int try_to_steal_freepages(struct zone *zone, struct page *page,
1080                                   int start_type, int fallback_type)
1081 {
1082         int current_order = page_order(page);
1083
1084         /*
1085          * When borrowing from MIGRATE_CMA, we need to release the excess
1086          * buddy pages to CMA itself. We also ensure the freepage_migratetype
1087          * is set to CMA so it is returned to the correct freelist in case
1088          * the page ends up being not actually allocated from the pcp lists.
1089          */
1090         if (is_migrate_cma(fallback_type))
1091                 return fallback_type;
1092
1093         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1094         if (current_order >= pageblock_order) {
1095                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1096                 return start_type;
1097         }
1098
1099         if (current_order >= pageblock_order / 2 ||
1100             start_type == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1101             page_group_by_mobility_disabled) {
1102                 int pages;
1103
1104                 pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1105
1106                 /* Claim the whole block if over half of it is free */
1107                 if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1108                                 page_group_by_mobility_disabled) {
1109
1110                         set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1111                         return start_type;
1112                 }
1113
1114         }
1115
1116         return fallback_type;
1117 }
1118
1119 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1120 static inline struct page *
1121 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1122 {
1123         struct free_area *area;
1124         unsigned int current_order;
1125         struct page *page;
1126         int migratetype, new_type, i;
1127
1128         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1129         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1130                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1131                                 --current_order) {
1132                 for (i = 0;; i++) {
1133                         migratetype = fallbacks[start_migratetype][i];
1134
1135                         /* MIGRATE_RESERVE handled later if necessary */
1136                         if (migratetype == MIGRATE_RESERVE)
1137                                 break;
1138
1139                         area = &(zone->free_area[current_order]);
1140                         if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1141                                 continue;
1142
1143                         page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1144                                         struct page, lru);
1145                         area->nr_free--;
1146
1147                         new_type = try_to_steal_freepages(zone, page,
1148                                                           start_migratetype,
1149                                                           migratetype);
1150
1151                         /* Remove the page from the freelists */
1152                         list_del(&page->lru);
1153                         rmv_page_order(page);
1154
1155                         expand(zone, page, order, current_order, area,
1156                                new_type);
1157                         /* The freepage_migratetype may differ from pageblock's
1158                          * migratetype depending on the decisions in
1159                          * try_to_steal_freepages. This is OK as long as it does
1160                          * not differ for MIGRATE_CMA type.
1161                          */
1162                         set_freepage_migratetype(page, new_type);
1163
1164                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1165                                 start_migratetype, migratetype, new_type);
1166
1167                         return page;
1168                 }
1169         }
1170
1171         return NULL;
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1176  * Call me with the zone->lock already held.
1177  */
1178 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1179                                                 int migratetype)
1180 {
1181         struct page *page;
1182
1183 retry_reserve:
1184         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1185
1186         if (unlikely(!page) && migratetype != MIGRATE_RESERVE) {
1187                 page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1188
1189                 /*
1190                  * Use MIGRATE_RESERVE rather than fail an allocation. goto
1191                  * is used because __rmqueue_smallest is an inline function
1192                  * and we want just one call site
1193                  */
1194                 if (!page) {
1195                         migratetype = MIGRATE_RESERVE;
1196                         goto retry_reserve;
1197                 }
1198         }
1199
1200         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1201         return page;
1202 }
1203
1204 /*
1205  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1206  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1207  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1208  */
1209 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1210                         unsigned long count, struct list_head *list,
1211                         int migratetype, bool cold)
1212 {
1213         int i;
1214
1215         spin_lock(&zone->lock);
1216         for (i = 0; i < count; ++i) {
1217                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1218                 if (unlikely(page == NULL))
1219                         break;
1220
1221                 /*
1222                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1223                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1224                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1225                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1226                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1227                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1228                  * properly.
1229                  */
1230                 if (likely(!cold))
1231                         list_add(&page->lru, list);
1232                 else
1233                         list_add_tail(&page->lru, list);
1234                 list = &page->lru;
1235                 if (is_migrate_cma(get_freepage_migratetype(page)))
1236                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1237                                               -(1 << order));
1238         }
1239         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1240         spin_unlock(&zone->lock);
1241         return i;
1242 }
1243
1244 #ifdef CONFIG_NUMA
1245 /*
1246  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1247  * currently executing processor on remote nodes after they have
1248  * expired.
1249  *
1250  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1251  * a single processor.
1252  */
1253 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1254 {
1255         unsigned long flags;
1256         int to_drain, batch;
1257
1258         local_irq_save(flags);
1259         batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1260         to_drain = min(pcp->count, batch);
1261         if (to_drain > 0) {
1262                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
1263                 pcp->count -= to_drain;
1264         }
1265         local_irq_restore(flags);
1266 }
1267 #endif
1268
1269 /*
1270  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1271  *
1272  * The processor must either be the current processor and the
1273  * thread pinned to the current processor or a processor that
1274  * is not online.
1275  */
1276 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1277 {
1278         unsigned long flags;
1279         struct per_cpu_pageset *pset;
1280         struct per_cpu_pages *pcp;
1281
1282         local_irq_save(flags);
1283         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1284
1285         pcp = &pset->pcp;
1286         if (pcp->count) {
1287                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
1288                 pcp->count = 0;
1289         }
1290         local_irq_restore(flags);
1291 }
1292
1293 /*
1294  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1295  *
1296  * The processor must either be the current processor and the
1297  * thread pinned to the current processor or a processor that
1298  * is not online.
1299  */
1300 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1301 {
1302         struct zone *zone;
1303
1304         for_each_populated_zone(zone) {
1305                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1306         }
1307 }
1308
1309 /*
1310  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1311  *
1312  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1313  * the single zone's pages.
1314  */
1315 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1316 {
1317         int cpu = smp_processor_id();
1318
1319         if (zone)
1320                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1321         else
1322                 drain_pages(cpu);
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1327  *
1328  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1329  *
1330  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1331  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1332  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1333  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1334  * before the call to on_each_cpu_mask().
1335  */
1336 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1337 {
1338         int cpu;
1339
1340         /*
1341          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1342          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1343          */
1344         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1345
1346         /*
1347          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1348          * as offline notification will cause the notified
1349          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1350          * disables preemption as part of its processing
1351          */
1352         for_each_online_cpu(cpu) {
1353                 struct per_cpu_pageset *pcp;
1354                 struct zone *z;
1355                 bool has_pcps = false;
1356
1357                 if (zone) {
1358                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1359                         if (pcp->pcp.count)
1360                                 has_pcps = true;
1361                 } else {
1362                         for_each_populated_zone(z) {
1363                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
1364                                 if (pcp->pcp.count) {
1365                                         has_pcps = true;
1366                                         break;
1367                                 }
1368                         }
1369                 }
1370
1371                 if (has_pcps)
1372                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1373                 else
1374                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
1375         }
1376         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
1377                                                                 zone, 1);
1378 }
1379
1380 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
1381
1382 void mark_free_pages(struct zone *zone)
1383 {
1384         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
1385         unsigned long flags;
1386         unsigned int order, t;
1387         struct list_head *curr;
1388
1389         if (zone_is_empty(zone))
1390                 return;
1391
1392         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1393
1394         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
1395         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
1396                 if (pfn_valid(pfn)) {
1397                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
1398
1399                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
1400                                 swsusp_unset_page_free(page);
1401                 }
1402
1403         for_each_migratetype_order(order, t) {
1404                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
1405                         unsigned long i;
1406
1407                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
1408                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
1409                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
1410                 }
1411         }
1412         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1413 }
1414 #endif /* CONFIG_PM */
1415
1416 /*
1417  * Free a 0-order page
1418  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
1419  */
1420 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
1421 {
1422         struct zone *zone = page_zone(page);
1423         struct per_cpu_pages *pcp;
1424         unsigned long flags;
1425         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1426         int migratetype;
1427
1428         if (!free_pages_prepare(page, 0))
1429                 return;
1430
1431         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1432         set_freepage_migratetype(page, migratetype);
1433         local_irq_save(flags);
1434         __count_vm_event(PGFREE);
1435
1436         /*
1437          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
1438          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
1439          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
1440          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
1441          * excessively into the page allocator
1442          */
1443         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
1444                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
1445                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
1446                         goto out;
1447                 }
1448                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
1449         }
1450
1451         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1452         if (!cold)
1453                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1454         else
1455                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
1456         pcp->count++;
1457         if (pcp->count >= pcp->high) {
1458                 unsigned long batch = ACCESS_ONCE(pcp->batch);
1459                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
1460                 pcp->count -= batch;
1461         }
1462
1463 out:
1464         local_irq_restore(flags);
1465 }
1466
1467 /*
1468  * Free a list of 0-order pages
1469  */
1470 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
1471 {
1472         struct page *page, *next;
1473
1474         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
1475                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
1476                 free_hot_cold_page(page, cold);
1477         }
1478 }
1479
1480 /*
1481  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
1482  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
1483  * Each sub-page must be freed individually.
1484  *
1485  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1486  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1487  */
1488 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
1489 {
1490         int i;
1491
1492         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
1493         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
1494
1495 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
1496         /*
1497          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
1498          * otherwise free the whole shadow.
1499          */
1500         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
1501                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
1502 #endif
1503
1504         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
1505                 set_page_refcounted(page + i);
1506 }
1507 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
1508
1509 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
1510 {
1511         unsigned long watermark;
1512         struct zone *zone;
1513         int mt;
1514
1515         BUG_ON(!PageBuddy(page));
1516
1517         zone = page_zone(page);
1518         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1519
1520         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
1521                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
1522                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
1523                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
1524                         return 0;
1525
1526                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1527         }
1528
1529         /* Remove page from free list */
1530         list_del(&page->lru);
1531         zone->free_area[order].nr_free--;
1532         rmv_page_order(page);
1533
1534         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
1535         if (order >= pageblock_order - 1) {
1536                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
1537                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
1538                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
1539                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
1540                                 set_pageblock_migratetype(page,
1541                                                           MIGRATE_MOVABLE);
1542                 }
1543         }
1544
1545         return 1UL << order;
1546 }
1547
1548 /*
1549  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
1550  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
1551  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
1552  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
1553  * are enabled.
1554  *
1555  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
1556  * Please consult with lkml before using this in your driver.
1557  */
1558 int split_free_page(struct page *page)
1559 {
1560         unsigned int order;
1561         int nr_pages;
1562
1563         order = page_order(page);
1564
1565         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
1566         if (!nr_pages)
1567                 return 0;
1568
1569         /* Split into individual pages */
1570         set_page_refcounted(page);
1571         split_page(page, order);
1572         return nr_pages;
1573 }
1574
1575 /*
1576  * Really, prep_compound_page() should be called from __rmqueue_bulk().  But
1577  * we cheat by calling it from here, in the order > 0 path.  Saves a branch
1578  * or two.
1579  */
1580 static inline
1581 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
1582                         struct zone *zone, unsigned int order,
1583                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
1584 {
1585         unsigned long flags;
1586         struct page *page;
1587         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
1588
1589 again:
1590         if (likely(order == 0)) {
1591                 struct per_cpu_pages *pcp;
1592                 struct list_head *list;
1593
1594                 local_irq_save(flags);
1595                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
1596                 list = &pcp->lists[migratetype];
1597                 if (list_empty(list)) {
1598                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
1599                                         pcp->batch, list,
1600                                         migratetype, cold);
1601                         if (unlikely(list_empty(list)))
1602                                 goto failed;
1603                 }
1604
1605                 if (cold)
1606                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
1607                 else
1608                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
1609
1610                 list_del(&page->lru);
1611                 pcp->count--;
1612         } else {
1613                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
1614                         /*
1615                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
1616                          *
1617                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
1618                          * properly detect and handle allocation failures.
1619                          *
1620                          * We most definitely don't want callers attempting to
1621                          * allocate greater than order-1 page units with
1622                          * __GFP_NOFAIL.
1623                          */
1624                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
1625                 }
1626                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1627                 page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
1628                 spin_unlock(&zone->lock);
1629                 if (!page)
1630                         goto failed;
1631                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1632                                           get_freepage_migratetype(page));
1633         }
1634
1635         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
1636         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
1637             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
1638                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1639
1640         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
1641         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
1642         local_irq_restore(flags);
1643
1644         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1645         if (prep_new_page(page, order, gfp_flags))
1646                 goto again;
1647         return page;
1648
1649 failed:
1650         local_irq_restore(flags);
1651         return NULL;
1652 }
1653
1654 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
1655
1656 static struct {
1657         struct fault_attr attr;
1658
1659         u32 ignore_gfp_highmem;
1660         u32 ignore_gfp_wait;
1661         u32 min_order;
1662 } fail_page_alloc = {
1663         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
1664         .ignore_gfp_wait = 1,
1665         .ignore_gfp_highmem = 1,
1666         .min_order = 1,
1667 };
1668
1669 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
1670 {
1671         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
1672 }
1673 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
1674
1675 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1676 {
1677         if (order < fail_page_alloc.min_order)
1678                 return false;
1679         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
1680                 return false;
1681         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
1682                 return false;
1683         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_wait && (gfp_mask & __GFP_WAIT))
1684                 return false;
1685
1686         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
1687 }
1688
1689 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
1690
1691 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
1692 {
1693         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
1694         struct dentry *dir;
1695
1696         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
1697                                         &fail_page_alloc.attr);
1698         if (IS_ERR(dir))
1699                 return PTR_ERR(dir);
1700
1701         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
1702                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_wait))
1703                 goto fail;
1704         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
1705                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
1706                 goto fail;
1707         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
1708                                 &fail_page_alloc.min_order))
1709                 goto fail;
1710
1711         return 0;
1712 fail:
1713         debugfs_remove_recursive(dir);
1714
1715         return -ENOMEM;
1716 }
1717
1718 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
1719
1720 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
1721
1722 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1723
1724 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
1725 {
1726         return false;
1727 }
1728
1729 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
1730
1731 /*
1732  * Return true if free pages are above 'mark'. This takes into account the order
1733  * of the allocation.
1734  */
1735 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1736                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
1737                         long free_pages)
1738 {
1739         /* free_pages my go negative - that's OK */
1740         long min = mark;
1741         int o;
1742         long free_cma = 0;
1743
1744         free_pages -= (1 << order) - 1;
1745         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
1746                 min -= min / 2;
1747         if (alloc_flags & ALLOC_HARDER)
1748                 min -= min / 4;
1749 #ifdef CONFIG_CMA
1750         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
1751         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
1752                 free_cma = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
1753 #endif
1754
1755         if (free_pages - free_cma <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
1756                 return false;
1757         for (o = 0; o < order; o++) {
1758                 /* At the next order, this order's pages become unavailable */
1759                 free_pages -= z->free_area[o].nr_free << o;
1760
1761                 /* Require fewer higher order pages to be free */
1762                 min >>= 1;
1763
1764                 if (free_pages <= min)
1765                         return false;
1766         }
1767         return true;
1768 }
1769
1770 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1771                       int classzone_idx, int alloc_flags)
1772 {
1773         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1774                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
1775 }
1776
1777 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
1778                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags)
1779 {
1780         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
1781
1782         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
1783                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
1784
1785         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
1786                                                                 free_pages);
1787 }
1788
1789 #ifdef CONFIG_NUMA
1790 /*
1791  * zlc_setup - Setup for "zonelist cache".  Uses cached zone data to
1792  * skip over zones that are not allowed by the cpuset, or that have
1793  * been recently (in last second) found to be nearly full.  See further
1794  * comments in mmzone.h.  Reduces cache footprint of zonelist scans
1795  * that have to skip over a lot of full or unallowed zones.
1796  *
1797  * If the zonelist cache is present in the passed zonelist, then
1798  * returns a pointer to the allowed node mask (either the current
1799  * tasks mems_allowed, or node_states[N_MEMORY].)
1800  *
1801  * If the zonelist cache is not available for this zonelist, does
1802  * nothing and returns NULL.
1803  *
1804  * If the fullzones BITMAP in the zonelist cache is stale (more than
1805  * a second since last zap'd) then we zap it out (clear its bits.)
1806  *
1807  * We hold off even calling zlc_setup, until after we've checked the
1808  * first zone in the zonelist, on the theory that most allocations will
1809  * be satisfied from that first zone, so best to examine that zone as
1810  * quickly as we can.
1811  */
1812 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1813 {
1814         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1815         nodemask_t *allowednodes;       /* zonelist_cache approximation */
1816
1817         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1818         if (!zlc)
1819                 return NULL;
1820
1821         if (time_after(jiffies, zlc->last_full_zap + HZ)) {
1822                 bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1823                 zlc->last_full_zap = jiffies;
1824         }
1825
1826         allowednodes = !in_interrupt() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) ?
1827                                         &cpuset_current_mems_allowed :
1828                                         &node_states[N_MEMORY];
1829         return allowednodes;
1830 }
1831
1832 /*
1833  * Given 'z' scanning a zonelist, run a couple of quick checks to see
1834  * if it is worth looking at further for free memory:
1835  *  1) Check that the zone isn't thought to be full (doesn't have its
1836  *     bit set in the zonelist_cache fullzones BITMAP).
1837  *  2) Check that the zones node (obtained from the zonelist_cache
1838  *     z_to_n[] mapping) is allowed in the passed in allowednodes mask.
1839  * Return true (non-zero) if zone is worth looking at further, or
1840  * else return false (zero) if it is not.
1841  *
1842  * This check -ignores- the distinction between various watermarks,
1843  * such as GFP_HIGH, GFP_ATOMIC, PF_MEMALLOC, ...  If a zone is
1844  * found to be full for any variation of these watermarks, it will
1845  * be considered full for up to one second by all requests, unless
1846  * we are so low on memory on all allowed nodes that we are forced
1847  * into the second scan of the zonelist.
1848  *
1849  * In the second scan we ignore this zonelist cache and exactly
1850  * apply the watermarks to all zones, even it is slower to do so.
1851  * We are low on memory in the second scan, and should leave no stone
1852  * unturned looking for a free page.
1853  */
1854 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1855                                                 nodemask_t *allowednodes)
1856 {
1857         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1858         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1859         int n;                          /* node that zone *z is on */
1860
1861         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1862         if (!zlc)
1863                 return 1;
1864
1865         i = z - zonelist->_zonerefs;
1866         n = zlc->z_to_n[i];
1867
1868         /* This zone is worth trying if it is allowed but not full */
1869         return node_isset(n, *allowednodes) && !test_bit(i, zlc->fullzones);
1870 }
1871
1872 /*
1873  * Given 'z' scanning a zonelist, set the corresponding bit in
1874  * zlc->fullzones, so that subsequent attempts to allocate a page
1875  * from that zone don't waste time re-examining it.
1876  */
1877 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1878 {
1879         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1880         int i;                          /* index of *z in zonelist zones */
1881
1882         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1883         if (!zlc)
1884                 return;
1885
1886         i = z - zonelist->_zonerefs;
1887
1888         set_bit(i, zlc->fullzones);
1889 }
1890
1891 /*
1892  * clear all zones full, called after direct reclaim makes progress so that
1893  * a zone that was recently full is not skipped over for up to a second
1894  */
1895 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1896 {
1897         struct zonelist_cache *zlc;     /* cached zonelist speedup info */
1898
1899         zlc = zonelist->zlcache_ptr;
1900         if (!zlc)
1901                 return;
1902
1903         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
1904 }
1905
1906 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1907 {
1908         return local_zone->node == zone->node;
1909 }
1910
1911 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1912 {
1913         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
1914                                 RECLAIM_DISTANCE;
1915 }
1916
1917 #else   /* CONFIG_NUMA */
1918
1919 static nodemask_t *zlc_setup(struct zonelist *zonelist, int alloc_flags)
1920 {
1921         return NULL;
1922 }
1923
1924 static int zlc_zone_worth_trying(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z,
1925                                 nodemask_t *allowednodes)
1926 {
1927         return 1;
1928 }
1929
1930 static void zlc_mark_zone_full(struct zonelist *zonelist, struct zoneref *z)
1931 {
1932 }
1933
1934 static void zlc_clear_zones_full(struct zonelist *zonelist)
1935 {
1936 }
1937
1938 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1939 {
1940         return true;
1941 }
1942
1943 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
1944 {
1945         return true;
1946 }
1947
1948 #endif  /* CONFIG_NUMA */
1949
1950 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
1951 {
1952         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
1953
1954         do {
1955                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
1956                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
1957                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
1958                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
1959         } while (zone++ != preferred_zone);
1960 }
1961
1962 /*
1963  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
1964  * a page.
1965  */
1966 static struct page *
1967 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, unsigned int order,
1968                 struct zonelist *zonelist, int high_zoneidx, int alloc_flags,
1969                 struct zone *preferred_zone, int classzone_idx, int migratetype)
1970 {
1971         struct zoneref *z;
1972         struct page *page = NULL;
1973         struct zone *zone;
1974         nodemask_t *allowednodes = NULL;/* zonelist_cache approximation */
1975         int zlc_active = 0;             /* set if using zonelist_cache */
1976         int did_zlc_setup = 0;          /* just call zlc_setup() one time */
1977         bool consider_zone_dirty = (alloc_flags & ALLOC_WMARK_LOW) &&
1978                                 (gfp_mask & __GFP_WRITE);
1979         int nr_fair_skipped = 0;
1980         bool zonelist_rescan;
1981
1982 zonelist_scan:
1983         zonelist_rescan = false;
1984
1985         /*
1986          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
1987          * See also __cpuset_node_allowed_softwall() comment in kernel/cpuset.c.
1988          */
1989         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
1990                                                 high_zoneidx, nodemask) {
1991                 unsigned long mark;
1992
1993                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
1994                         !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
1995                                 continue;
1996                 if (cpusets_enabled() &&
1997                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
1998                         !cpuset_zone_allowed_softwall(zone, gfp_mask))
1999                                 continue;
2000                 /*
2001                  * Distribute pages in proportion to the individual
2002                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2003                  * page was allocated in should have no effect on the
2004                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2005                  */
2006                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2007                         if (!zone_local(preferred_zone, zone))
2008                                 break;
2009                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2010                                 nr_fair_skipped++;
2011                                 continue;
2012                         }
2013                 }
2014                 /*
2015                  * When allocating a page cache page for writing, we
2016                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2017                  * limit, such that no single zone holds more than its
2018                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2019                  * The dirty limits take into account the zone's
2020                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2021                  * should be able to balance it without having to
2022                  * write pages from its LRU list.
2023                  *
2024                  * This may look like it could increase pressure on
2025                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2026                  * before they are full.  But the pages that do spill
2027                  * over are limited as the lower zones are protected
2028                  * by this very same mechanism.  It should not become
2029                  * a practical burden to them.
2030                  *
2031                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2032                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2033                  * (ALLOC_WMARK_LOW unset) before going into reclaim,
2034                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2035                  * zones are together not big enough to reach the
2036                  * global limit.  The proper fix for these situations
2037                  * will require awareness of zones in the
2038                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2039                  */
2040                 if (consider_zone_dirty && !zone_dirty_ok(zone))
2041                         continue;
2042
2043                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2044                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2045                                        classzone_idx, alloc_flags)) {
2046                         int ret;
2047
2048                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2049                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2050                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2051                                 goto try_this_zone;
2052
2053                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2054                                         !did_zlc_setup && nr_online_nodes > 1) {
2055                                 /*
2056                                  * we do zlc_setup if there are multiple nodes
2057                                  * and before considering the first zone allowed
2058                                  * by the cpuset.
2059                                  */
2060                                 allowednodes = zlc_setup(zonelist, alloc_flags);
2061                                 zlc_active = 1;
2062                                 did_zlc_setup = 1;
2063                         }
2064
2065                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2066                             !zone_allows_reclaim(preferred_zone, zone))
2067                                 goto this_zone_full;
2068
2069                         /*
2070                          * As we may have just activated ZLC, check if the first
2071                          * eligible zone has failed zone_reclaim recently.
2072                          */
2073                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active &&
2074                                 !zlc_zone_worth_trying(zonelist, z, allowednodes))
2075                                 continue;
2076
2077                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2078                         switch (ret) {
2079                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2080                                 /* did not scan */
2081                                 continue;
2082                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2083                                 /* scanned but unreclaimable */
2084                                 continue;
2085                         default:
2086                                 /* did we reclaim enough */
2087                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2088                                                 classzone_idx, alloc_flags))
2089                                         goto try_this_zone;
2090
2091                                 /*
2092                                  * Failed to reclaim enough to meet watermark.
2093                                  * Only mark the zone full if checking the min
2094                                  * watermark or if we failed to reclaim just
2095                                  * 1<<order pages or else the page allocator
2096                                  * fastpath will prematurely mark zones full
2097                                  * when the watermark is between the low and
2098                                  * min watermarks.
2099                                  */
2100                                 if (((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == ALLOC_WMARK_MIN) ||
2101                                     ret == ZONE_RECLAIM_SOME)
2102                                         goto this_zone_full;
2103
2104                                 continue;
2105                         }
2106                 }
2107
2108 try_this_zone:
2109                 page = buffered_rmqueue(preferred_zone, zone, order,
2110                                                 gfp_mask, migratetype);
2111                 if (page)
2112                         break;
2113 this_zone_full:
2114                 if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)
2115                         zlc_mark_zone_full(zonelist, z);
2116         }
2117
2118         if (page) {
2119                 /*
2120                  * page->pfmemalloc is set when ALLOC_NO_WATERMARKS was
2121                  * necessary to allocate the page. The expectation is
2122                  * that the caller is taking steps that will free more
2123                  * memory. The caller should avoid the page being used
2124                  * for !PFMEMALLOC purposes.
2125                  */
2126                 page->pfmemalloc = !!(alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2127                 return page;
2128         }
2129
2130         /*
2131          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2132          * local node.  However, the local node might have free pages left
2133          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2134          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2135          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2136          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2137          */
2138         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2139                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2140                 if (nr_fair_skipped) {
2141                         zonelist_rescan = true;
2142                         reset_alloc_batches(preferred_zone);
2143                 }
2144                 if (nr_online_nodes > 1)
2145                         zonelist_rescan = true;
2146         }
2147
2148         if (unlikely(IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && zlc_active)) {
2149                 /* Disable zlc cache for second zonelist scan */
2150                 zlc_active = 0;
2151                 zonelist_rescan = true;
2152         }
2153
2154         if (zonelist_rescan)
2155                 goto zonelist_scan;
2156
2157         return NULL;
2158 }
2159
2160 /*
2161  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2162  * meminfo in irq context.
2163  */
2164 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2165 {
2166         bool ret = false;
2167
2168 #if NODES_SHIFT > 8
2169         ret = in_interrupt();
2170 #endif
2171         return ret;
2172 }
2173
2174 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2175                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2176                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2177
2178 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, int order, const char *fmt, ...)
2179 {
2180         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2181
2182         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2183             debug_guardpage_minorder() > 0)
2184                 return;
2185
2186         /*
2187          * This documents exceptions given to allocations in certain
2188          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2189          * of allowed nodes.
2190          */
2191         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2192                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2193                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2194                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2195         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_WAIT))
2196                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2197
2198         if (fmt) {
2199                 struct va_format vaf;
2200                 va_list args;
2201
2202                 va_start(args, fmt);
2203
2204                 vaf.fmt = fmt;
2205                 vaf.va = &args;
2206
2207                 pr_warn("%pV", &vaf);
2208
2209                 va_end(args);
2210         }
2211
2212         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%d, mode:0x%x\n",
2213                 current->comm, order, gfp_mask);
2214
2215         dump_stack();
2216         if (!should_suppress_show_mem())
2217                 show_mem(filter);
2218 }
2219
2220 static inline int
2221 should_alloc_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2222                                 unsigned long did_some_progress,
2223                                 unsigned long pages_reclaimed)
2224 {
2225         /* Do not loop if specifically requested */
2226         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
2227                 return 0;
2228
2229         /* Always retry if specifically requested */
2230         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2231                 return 1;
2232
2233         /*
2234          * Suspend converts GFP_KERNEL to __GFP_WAIT which can prevent reclaim
2235          * making forward progress without invoking OOM. Suspend also disables
2236          * storage devices so kswapd will not help. Bail if we are suspending.
2237          */
2238         if (!did_some_progress && pm_suspended_storage())
2239                 return 0;
2240
2241         /*
2242          * In this implementation, order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER
2243          * means __GFP_NOFAIL, but that may not be true in other
2244          * implementations.
2245          */
2246         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2247                 return 1;
2248
2249         /*
2250          * For order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER, if __GFP_REPEAT is
2251          * specified, then we retry until we no longer reclaim any pages
2252          * (above), or we've reclaimed an order of pages at least as
2253          * large as the allocation's order. In both cases, if the
2254          * allocation still fails, we stop retrying.
2255          */
2256         if (gfp_mask & __GFP_REPEAT && pages_reclaimed < (1 << order))
2257                 return 1;
2258
2259         return 0;
2260 }
2261
2262 static inline struct page *
2263 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2264         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2265         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2266         int classzone_idx, int migratetype)
2267 {
2268         struct page *page;
2269
2270         /* Acquire the per-zone oom lock for each zone */
2271         if (!oom_zonelist_trylock(zonelist, gfp_mask)) {
2272                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2273                 return NULL;
2274         }
2275
2276         /*
2277          * PM-freezer should be notified that there might be an OOM killer on
2278          * its way to kill and wake somebody up. This is too early and we might
2279          * end up not killing anything but false positives are acceptable.
2280          * See freeze_processes.
2281          */
2282         note_oom_kill();
2283
2284         /*
2285          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2286          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2287          * we're still under heavy pressure.
2288          */
2289         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask,
2290                 order, zonelist, high_zoneidx,
2291                 ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET,
2292                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2293         if (page)
2294                 goto out;
2295
2296         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2297                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2298                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2299                         goto out;
2300                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2301                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2302                         goto out;
2303                 /*
2304                  * GFP_THISNODE contains __GFP_NORETRY and we never hit this.
2305                  * Sanity check for bare calls of __GFP_THISNODE, not real OOM.
2306                  * The caller should handle page allocation failure by itself if
2307                  * it specifies __GFP_THISNODE.
2308                  * Note: Hugepage uses it but will hit PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER.
2309                  */
2310                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2311                         goto out;
2312         }
2313         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2314         out_of_memory(zonelist, gfp_mask, order, nodemask, false);
2315
2316 out:
2317         oom_zonelist_unlock(zonelist, gfp_mask);
2318         return page;
2319 }
2320
2321 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2322 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2323 static struct page *
2324 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2325         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2326         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2327         int classzone_idx, int migratetype, enum migrate_mode mode,
2328         int *contended_compaction, bool *deferred_compaction)
2329 {
2330         struct zone *last_compact_zone = NULL;
2331         unsigned long compact_result;
2332         struct page *page;
2333
2334         if (!order)
2335                 return NULL;
2336
2337         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2338         compact_result = try_to_compact_pages(zonelist, order, gfp_mask,
2339                                                 nodemask, mode,
2340                                                 contended_compaction,
2341                                                 &last_compact_zone);
2342         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2343
2344         switch (compact_result) {
2345         case COMPACT_DEFERRED:
2346                 *deferred_compaction = true;
2347                 /* fall-through */
2348         case COMPACT_SKIPPED:
2349                 return NULL;
2350         default:
2351                 break;
2352         }
2353
2354         /*
2355          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2356          * count a compaction stall
2357          */
2358         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2359
2360         /* Page migration frees to the PCP lists but we want merging */
2361         drain_pages(get_cpu());
2362         put_cpu();
2363
2364         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask,
2365                         order, zonelist, high_zoneidx,
2366                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2367                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2368
2369         if (page) {
2370                 struct zone *zone = page_zone(page);
2371
2372                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2373                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2374                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2375                 return page;
2376         }
2377
2378         /*
2379          * last_compact_zone is where try_to_compact_pages thought allocation
2380          * should succeed, so it did not defer compaction. But here we know
2381          * that it didn't succeed, so we do the defer.
2382          */
2383         if (last_compact_zone && mode != MIGRATE_ASYNC)
2384                 defer_compaction(last_compact_zone, order);
2385
2386         /*
2387          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2388          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2389          */
2390         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2391
2392         cond_resched();
2393
2394         return NULL;
2395 }
2396 #else
2397 static inline struct page *
2398 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2399         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2400         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2401         int classzone_idx, int migratetype, enum migrate_mode mode,
2402         int *contended_compaction, bool *deferred_compaction)
2403 {
2404         return NULL;
2405 }
2406 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2407
2408 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2409 static int
2410 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, struct zonelist *zonelist,
2411                   nodemask_t *nodemask)
2412 {
2413         struct reclaim_state reclaim_state;
2414         int progress;
2415
2416         cond_resched();
2417
2418         /* We now go into synchronous reclaim */
2419         cpuset_memory_pressure_bump();
2420         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2421         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2422         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2423         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2424
2425         progress = try_to_free_pages(zonelist, order, gfp_mask, nodemask);
2426
2427         current->reclaim_state = NULL;
2428         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2429         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2430
2431         cond_resched();
2432
2433         return progress;
2434 }
2435
2436 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2437 static inline struct page *
2438 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2439         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2440         nodemask_t *nodemask, int alloc_flags, struct zone *preferred_zone,
2441         int classzone_idx, int migratetype, unsigned long *did_some_progress)
2442 {
2443         struct page *page = NULL;
2444         bool drained = false;
2445
2446         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, zonelist,
2447                                                nodemask);
2448         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2449                 return NULL;
2450
2451         /* After successful reclaim, reconsider all zones for allocation */
2452         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
2453                 zlc_clear_zones_full(zonelist);
2454
2455 retry:
2456         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2457                                         zonelist, high_zoneidx,
2458                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2459                                         preferred_zone, classzone_idx,
2460                                         migratetype);
2461
2462         /*
2463          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2464          * pages are pinned on the per-cpu lists. Drain them and try again
2465          */
2466         if (!page && !drained) {
2467                 drain_all_pages(NULL);
2468                 drained = true;
2469                 goto retry;
2470         }
2471
2472         return page;
2473 }
2474
2475 /*
2476  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2477  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2478  */
2479 static inline struct page *
2480 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2481         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2482         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2483         int classzone_idx, int migratetype)
2484 {
2485         struct page *page;
2486
2487         do {
2488                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order,
2489                         zonelist, high_zoneidx, ALLOC_NO_WATERMARKS,
2490                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2491
2492                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2493                         wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2494         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2495
2496         return page;
2497 }
2498
2499 static void wake_all_kswapds(unsigned int order,
2500                              struct zonelist *zonelist,
2501                              enum zone_type high_zoneidx,
2502                              struct zone *preferred_zone,
2503                              nodemask_t *nodemask)
2504 {
2505         struct zoneref *z;
2506         struct zone *zone;
2507
2508         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
2509                                                 high_zoneidx, nodemask)
2510                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(preferred_zone));
2511 }
2512
2513 static inline int
2514 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2515 {
2516         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2517         const bool atomic = !(gfp_mask & (__GFP_WAIT | __GFP_NO_KSWAPD));
2518
2519         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2520         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2521
2522         /*
2523          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2524          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2525          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2526          * set both ALLOC_HARDER (atomic == true) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2527          */
2528         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2529
2530         if (atomic) {
2531                 /*
2532                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2533                  * if it can't schedule.
2534                  */
2535                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2536                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2537                 /*
2538                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2539                  * comment for __cpuset_node_allowed_softwall().
2540                  */
2541                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
2542         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
2543                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2544
2545         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
2546                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
2547                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2548                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
2549                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2550                 else if (!in_interrupt() &&
2551                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
2552                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
2553                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
2554         }
2555 #ifdef CONFIG_CMA
2556         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
2557                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2558 #endif
2559         return alloc_flags;
2560 }
2561
2562 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
2563 {
2564         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
2565 }
2566
2567 static inline struct page *
2568 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2569         struct zonelist *zonelist, enum zone_type high_zoneidx,
2570         nodemask_t *nodemask, struct zone *preferred_zone,
2571         int classzone_idx, int migratetype)
2572 {
2573         const gfp_t wait = gfp_mask & __GFP_WAIT;
2574         struct page *page = NULL;
2575         int alloc_flags;
2576         unsigned long pages_reclaimed = 0;
2577         unsigned long did_some_progress;
2578         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
2579         bool deferred_compaction = false;
2580         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
2581
2582         /*
2583          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
2584          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
2585          * be using allocators in order of preference for an area that is
2586          * too large.
2587          */
2588         if (order >= MAX_ORDER) {
2589                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
2590                 return NULL;
2591         }
2592
2593         /*
2594          * GFP_THISNODE (meaning __GFP_THISNODE, __GFP_NORETRY and
2595          * __GFP_NOWARN set) should not cause reclaim since the subsystem
2596          * (f.e. slab) using GFP_THISNODE may choose to trigger reclaim
2597          * using a larger set of nodes after it has established that the
2598          * allowed per node queues are empty and that nodes are
2599          * over allocated.
2600          */
2601         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) &&
2602             (gfp_mask & GFP_THISNODE) == GFP_THISNODE)
2603                 goto nopage;
2604
2605 restart:
2606         if (!(gfp_mask & __GFP_NO_KSWAPD))
2607                 wake_all_kswapds(order, zonelist, high_zoneidx,
2608                                 preferred_zone, nodemask);
2609
2610         /*
2611          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
2612          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
2613          * to how we want to proceed.
2614          */
2615         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
2616
2617         /*
2618          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
2619          * cpusets.
2620          */
2621         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !nodemask) {
2622                 struct zoneref *preferred_zoneref;
2623                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2624                                 NULL, &preferred_zone);
2625                 classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2626         }
2627
2628 rebalance:
2629         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
2630         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, nodemask, order, zonelist,
2631                         high_zoneidx, alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS,
2632                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2633         if (page)
2634                 goto got_pg;
2635
2636         /* Allocate without watermarks if the context allows */
2637         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
2638                 /*
2639                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
2640                  * the allocation is high priority and these type of
2641                  * allocations are system rather than user orientated
2642                  */
2643                 zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
2644
2645                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order,
2646                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2647                                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2648                 if (page) {
2649                         goto got_pg;
2650                 }
2651         }
2652
2653         /* Atomic allocations - we can't balance anything */
2654         if (!wait) {
2655                 /*
2656                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
2657                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
2658                  * type of allocation to fail.
2659                  */
2660                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
2661                 goto nopage;
2662         }
2663
2664         /* Avoid recursion of direct reclaim */
2665         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
2666                 goto nopage;
2667
2668         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
2669         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2670                 goto nopage;
2671
2672         /*
2673          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
2674          * attempts after direct reclaim are synchronous
2675          */
2676         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
2677                                         high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
2678                                         preferred_zone,
2679                                         classzone_idx, migratetype,
2680                                         migration_mode, &contended_compaction,
2681                                         &deferred_compaction);
2682         if (page)
2683                 goto got_pg;
2684
2685         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
2686         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) == GFP_TRANSHUGE) {
2687                 /*
2688                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
2689                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
2690                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
2691                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
2692                  * instead of entering direct reclaim.
2693                  */
2694                 if (deferred_compaction)
2695                         goto nopage;
2696
2697                 /*
2698                  * In all zones where compaction was attempted (and not
2699                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
2700                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
2701                  * so we fallback to base pages instead.
2702                  */
2703                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
2704                         goto nopage;
2705
2706                 /*
2707                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
2708                  * want to further increase allocation latency, unless it is
2709                  * khugepaged trying to collapse.
2710                  */
2711                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
2712                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
2713                         goto nopage;
2714         }
2715
2716         /*
2717          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
2718          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
2719          * khugepaged trying to collapse.
2720          */
2721         if ((gfp_mask & GFP_TRANSHUGE) != GFP_TRANSHUGE ||
2722                                                 (current->flags & PF_KTHREAD))
2723                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
2724
2725         /* Try direct reclaim and then allocating */
2726         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order,
2727                                         zonelist, high_zoneidx,
2728                                         nodemask,
2729                                         alloc_flags, preferred_zone,
2730                                         classzone_idx, migratetype,
2731                                         &did_some_progress);
2732         if (page)
2733                 goto got_pg;
2734
2735         /*
2736          * If we failed to make any progress reclaiming, then we are
2737          * running out of options and have to consider going OOM
2738          */
2739         if (!did_some_progress) {
2740                 if (oom_gfp_allowed(gfp_mask)) {
2741                         if (oom_killer_disabled)
2742                                 goto nopage;
2743                         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2744                         if ((current->flags & PF_DUMPCORE) &&
2745                             !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2746                                 goto nopage;
2747                         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order,
2748                                         zonelist, high_zoneidx,
2749                                         nodemask, preferred_zone,
2750                                         classzone_idx, migratetype);
2751                         if (page)
2752                                 goto got_pg;
2753
2754                         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2755                                 /*
2756                                  * The oom killer is not called for high-order
2757                                  * allocations that may fail, so if no progress
2758                                  * is being made, there are no other options and
2759                                  * retrying is unlikely to help.
2760                                  */
2761                                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2762                                         goto nopage;
2763                                 /*
2764                                  * The oom killer is not called for lowmem
2765                                  * allocations to prevent needlessly killing
2766                                  * innocent tasks.
2767                                  */
2768                                 if (high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2769                                         goto nopage;
2770                         }
2771
2772                         goto restart;
2773                 }
2774         }
2775
2776         /* Check if we should retry the allocation */
2777         pages_reclaimed += did_some_progress;
2778         if (should_alloc_retry(gfp_mask, order, did_some_progress,
2779                                                 pages_reclaimed)) {
2780                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
2781                 wait_iff_congested(preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
2782                 goto rebalance;
2783         } else {
2784                 /*
2785                  * High-order allocations do not necessarily loop after
2786                  * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
2787                  * being called after reclaim so call directly if necessary
2788                  */
2789                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, zonelist,
2790                                         high_zoneidx, nodemask, alloc_flags,
2791                                         preferred_zone,
2792                                         classzone_idx, migratetype,
2793                                         migration_mode, &contended_compaction,
2794                                         &deferred_compaction);
2795                 if (page)
2796                         goto got_pg;
2797         }
2798
2799 nopage:
2800         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
2801         return page;
2802 got_pg:
2803         if (kmemcheck_enabled)
2804                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
2805
2806         return page;
2807 }
2808
2809 /*
2810  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
2811  */
2812 struct page *
2813 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2814                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
2815 {
2816         enum zone_type high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
2817         struct zone *preferred_zone;
2818         struct zoneref *preferred_zoneref;
2819         struct page *page = NULL;
2820         int migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
2821         unsigned int cpuset_mems_cookie;
2822         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
2823         int classzone_idx;
2824
2825         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
2826
2827         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
2828
2829         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_WAIT);
2830
2831         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
2832                 return NULL;
2833
2834         /*
2835          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
2836          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
2837          * of GFP_THISNODE and a memoryless node
2838          */
2839         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
2840                 return NULL;
2841
2842         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2843                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
2844
2845 retry_cpuset:
2846         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
2847
2848         /* The preferred zone is used for statistics later */
2849         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(zonelist, high_zoneidx,
2850                                 nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
2851                                 &preferred_zone);
2852         if (!preferred_zone)
2853                 goto out;
2854         classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
2855
2856         /* First allocation attempt */
2857         page = get_page_from_freelist(gfp_mask|__GFP_HARDWALL, nodemask, order,
2858                         zonelist, high_zoneidx, alloc_flags,
2859                         preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2860         if (unlikely(!page)) {
2861                 /*
2862                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
2863                  * can deadlock because I/O on the device might not
2864                  * complete.
2865                  */
2866                 gfp_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
2867                 page = __alloc_pages_slowpath(gfp_mask, order,
2868                                 zonelist, high_zoneidx, nodemask,
2869                                 preferred_zone, classzone_idx, migratetype);
2870         }
2871
2872         trace_mm_page_alloc(page, order, gfp_mask, migratetype);
2873
2874 out:
2875         /*
2876          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
2877          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
2878          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
2879          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
2880          */
2881         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
2882                 goto retry_cpuset;
2883
2884         return page;
2885 }
2886 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
2887
2888 /*
2889  * Common helper functions.
2890  */
2891 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2892 {
2893         struct page *page;
2894
2895         /*
2896          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
2897          * a highmem page
2898          */
2899         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
2900
2901         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2902         if (!page)
2903                 return 0;
2904         return (unsigned long) page_address(page);
2905 }
2906 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
2907
2908 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
2909 {
2910         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
2911 }
2912 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
2913
2914 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
2915 {
2916         if (put_page_testzero(page)) {
2917                 if (order == 0)
2918                         free_hot_cold_page(page, false);
2919                 else
2920                         __free_pages_ok(page, order);
2921         }
2922 }
2923
2924 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
2925
2926 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2927 {
2928         if (addr != 0) {
2929                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2930                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2931         }
2932 }
2933
2934 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
2935
2936 /*
2937  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
2938  * of the current memory cgroup.
2939  *
2940  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
2941  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
2942  */
2943 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2944 {
2945         struct page *page;
2946         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2947
2948         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2949                 return NULL;
2950         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
2951         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2952         return page;
2953 }
2954
2955 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2956 {
2957         struct page *page;
2958         struct mem_cgroup *memcg = NULL;
2959
2960         if (!memcg_kmem_newpage_charge(gfp_mask, &memcg, order))
2961                 return NULL;
2962         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
2963         memcg_kmem_commit_charge(page, memcg, order);
2964         return page;
2965 }
2966
2967 /*
2968  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
2969  * alloc_kmem_pages.
2970  */
2971 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
2972 {
2973         memcg_kmem_uncharge_pages(page, order);
2974         __free_pages(page, order);
2975 }
2976
2977 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
2978 {
2979         if (addr != 0) {
2980                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
2981                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
2982         }
2983 }
2984
2985 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned order, size_t size)
2986 {
2987         if (addr) {
2988                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
2989                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
2990
2991                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
2992                 while (used < alloc_end) {
2993                         free_page(used);
2994                         used += PAGE_SIZE;
2995                 }
2996         }
2997         return (void *)addr;
2998 }
2999
3000 /**
3001  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3002  * @size: the number of bytes to allocate
3003  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3004  *
3005  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3006  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3007  * allocate memory in power-of-two pages.
3008  *
3009  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3010  *
3011  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3012  */
3013 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3014 {
3015         unsigned int order = get_order(size);
3016         unsigned long addr;
3017
3018         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3019         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3020 }
3021 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3022
3023 /**
3024  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3025  *                         pages on a node.
3026  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3027  * @size: the number of bytes to allocate
3028  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3029  *
3030  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3031  * back.
3032  * Note this is not alloc_pages_exact_node() which allocates on a specific node,
3033  * but is not exact.
3034  */
3035 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3036 {
3037         unsigned order = get_order(size);
3038         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3039         if (!p)
3040                 return NULL;
3041         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3042 }
3043
3044 /**
3045  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3046  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3047  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3048  *
3049  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3050  */
3051 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3052 {
3053         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3054         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3055
3056         while (addr < end) {
3057                 free_page(addr);
3058                 addr += PAGE_SIZE;
3059         }
3060 }
3061 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3062
3063 /**
3064  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3065  * @offset: The zone index of the highest zone
3066  *
3067  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3068  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3069  * zone, the number of pages is calculated as:
3070  *     managed_pages - high_pages
3071  */
3072 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3073 {
3074         struct zoneref *z;
3075         struct zone *zone;
3076
3077         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3078         unsigned long sum = 0;
3079
3080         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3081
3082         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3083                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3084                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3085                 if (size > high)
3086                         sum += size - high;
3087         }
3088
3089         return sum;
3090 }
3091
3092 /**
3093  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3094  *
3095  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3096  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3097  */
3098 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3099 {
3100         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3101 }
3102 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3103
3104 /**
3105  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3106  *
3107  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3108  * high watermark within all zones.
3109  */
3110 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3111 {
3112         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3113 }
3114
3115 static inline void show_node(struct zone *zone)
3116 {
3117         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3118                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3119 }
3120
3121 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3122 {
3123         val->totalram = totalram_pages;
3124         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3125         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3126         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3127         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3128         val->freehigh = nr_free_highpages();
3129         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3130 }
3131
3132 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3133
3134 #ifdef CONFIG_NUMA
3135 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3136 {
3137         int zone_type;          /* needs to be signed */
3138         unsigned long managed_pages = 0;
3139         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3140
3141         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3142                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3143         val->totalram = managed_pages;
3144         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3145         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3146 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3147         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3148         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3149                         NR_FREE_PAGES);
3150 #else
3151         val->totalhigh = 0;
3152         val->freehigh = 0;
3153 #endif
3154         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3155 }
3156 #endif
3157
3158 /*
3159  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3160  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3161  */
3162 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3163 {
3164         bool ret = false;
3165         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3166
3167         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3168                 goto out;
3169
3170         do {
3171                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3172                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3173         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3174 out:
3175         return ret;
3176 }
3177
3178 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3179
3180 static void show_migration_types(unsigned char type)
3181 {
3182         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3183                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3184                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3185                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3186                 [MIGRATE_RESERVE]       = 'R',
3187 #ifdef CONFIG_CMA
3188                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3189 #endif
3190 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3191                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3192 #endif
3193         };
3194         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3195         char *p = tmp;
3196         int i;
3197
3198         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3199                 if (type & (1 << i))
3200                         *p++ = types[i];
3201         }
3202
3203         *p = '\0';
3204         printk("(%s) ", tmp);
3205 }
3206
3207 /*
3208  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3209  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3210  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3211  * Suppresses nodes that are not allowed by current's cpuset if
3212  * SHOW_MEM_FILTER_NODES is passed.
3213  */
3214 void show_free_areas(unsigned int filter)
3215 {
3216         int cpu;
3217         struct zone *zone;
3218
3219         for_each_populated_zone(zone) {
3220                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3221                         continue;
3222                 show_node(zone);
3223                 printk("%s per-cpu:\n", zone->name);
3224
3225                 for_each_online_cpu(cpu) {
3226                         struct per_cpu_pageset *pageset;
3227
3228                         pageset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
3229
3230                         printk("CPU %4d: hi:%5d, btch:%4d usd:%4d\n",
3231                                cpu, pageset->pcp.high,
3232                                pageset->pcp.batch, pageset->pcp.count);
3233                 }
3234         }
3235
3236         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3237                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3238                 " unevictable:%lu"
3239                 " dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3240                 " free:%lu slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3241                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3242                 " free_cma:%lu\n",
3243                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3244                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3245                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3246                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3247                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3248                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3249                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3250                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3251                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3252                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3253                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3254                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3255                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3256                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3257                 global_page_state(NR_SHMEM),
3258                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3259                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3260                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3261
3262         for_each_populated_zone(zone) {
3263                 int i;
3264
3265                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3266                         continue;
3267                 show_node(zone);
3268                 printk("%s"
3269                         " free:%lukB"
3270                         " min:%lukB"
3271                         " low:%lukB"
3272                         " high:%lukB"
3273                         " active_anon:%lukB"
3274                         " inactive_anon:%lukB"
3275                         " active_file:%lukB"
3276                         " inactive_file:%lukB"
3277                         " unevictable:%lukB"
3278                         " isolated(anon):%lukB"
3279                         " isolated(file):%lukB"
3280                         " present:%lukB"
3281                         " managed:%lukB"
3282                         " mlocked:%lukB"
3283                         " dirty:%lukB"
3284                         " writeback:%lukB"
3285                         " mapped:%lukB"
3286                         " shmem:%lukB"
3287                         " slab_reclaimable:%lukB"
3288                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3289                         " kernel_stack:%lukB"
3290                         " pagetables:%lukB"
3291                         " unstable:%lukB"
3292                         " bounce:%lukB"
3293                         " free_cma:%lukB"
3294                         " writeback_tmp:%lukB"
3295                         " pages_scanned:%lu"
3296                         " all_unreclaimable? %s"
3297                         "\n",
3298                         zone->name,
3299                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3300                         K(min_wmark_pages(zone)),
3301                         K(low_wmark_pages(zone)),
3302                         K(high_wmark_pages(zone)),
3303                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3304                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3305                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3306                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3307                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3308                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3309                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3310                         K(zone->present_pages),
3311                         K(zone->managed_pages),
3312                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3313                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3314                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3315                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3316                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3317                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3318                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3319                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3320                                 THREAD_SIZE / 1024,
3321                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3322                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3323                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3324                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3325                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3326                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3327                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3328                         );
3329                 printk("lowmem_reserve[]:");
3330                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3331                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3332                 printk("\n");
3333         }
3334
3335         for_each_populated_zone(zone) {
3336                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, order, total = 0;
3337                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3338
3339                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3340                         continue;
3341                 show_node(zone);
3342                 printk("%s: ", zone->name);
3343
3344                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3345                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3346                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3347                         int type;
3348
3349                         nr[order] = area->nr_free;
3350                         total += nr[order] << order;
3351
3352                         types[order] = 0;
3353                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3354                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3355                                         types[order] |= 1 << type;
3356                         }
3357                 }
3358                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3359                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3360                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3361                         if (nr[order])
3362                                 show_migration_types(types[order]);
3363                 }
3364                 printk("= %lukB\n", K(total));
3365         }
3366
3367         hugetlb_show_meminfo();
3368
3369         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3370
3371         show_swap_cache_info();
3372 }
3373
3374 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3375 {
3376         zoneref->zone = zone;
3377         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3378 }
3379
3380 /*
3381  * Builds allocation fallback zone lists.
3382  *
3383  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3384  */
3385 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3386                                 int nr_zones)
3387 {
3388         struct zone *zone;
3389         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3390
3391         do {
3392                 zone_type--;
3393                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3394                 if (populated_zone(zone)) {
3395                         zoneref_set_zone(zone,
3396                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3397                         check_highest_zone(zone_type);
3398                 }
3399         } while (zone_type);
3400
3401         return nr_zones;
3402 }
3403
3404
3405 /*
3406  *  zonelist_order:
3407  *  0 = automatic detection of better ordering.
3408  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3409  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3410  *
3411  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3412  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3413  */
3414 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3415 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3416 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3417
3418 /* zonelist order in the kernel.
3419  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3420  */
3421 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3422 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3423
3424
3425 #ifdef CONFIG_NUMA
3426 /* The value user specified ....changed by config */
3427 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3428 /* string for sysctl */
3429 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3430 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3431
3432 /*
3433  * interface for configure zonelist ordering.
3434  * command line option "numa_zonelist_order"
3435  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3436  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3437  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3438  */
3439
3440 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3441 {
3442         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3443                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3444         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3445                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3446         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3447                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3448         } else {
3449                 printk(KERN_WARNING
3450                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3451                         "%s\n", s);
3452                 return -EINVAL;
3453         }
3454         return 0;
3455 }
3456
3457 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3458 {
3459         int ret;
3460
3461         if (!s)
3462                 return 0;
3463
3464         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3465         if (ret == 0)
3466                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3467
3468         return ret;
3469 }
3470 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
3471
3472 /*
3473  * sysctl handler for numa_zonelist_order
3474  */
3475 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
3476                 void __user *buffer, size_t *length,
3477                 loff_t *ppos)
3478 {
3479         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
3480         int ret;
3481         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
3482
3483         mutex_lock(&zl_order_mutex);
3484         if (write) {
3485                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
3486                         ret = -EINVAL;
3487                         goto out;
3488                 }
3489                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
3490         }
3491         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
3492         if (ret)
3493                 goto out;
3494         if (write) {
3495                 int oldval = user_zonelist_order;
3496
3497                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
3498                 if (ret) {
3499                         /*
3500                          * bogus value.  restore saved string
3501                          */
3502                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
3503                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3504                         user_zonelist_order = oldval;
3505                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
3506                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
3507                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
3508                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
3509                 }
3510         }
3511 out:
3512         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
3513         return ret;
3514 }
3515
3516
3517 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
3518 static int node_load[MAX_NUMNODES];
3519
3520 /**
3521  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
3522  * @node: node whose fallback list we're appending
3523  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
3524  *
3525  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
3526  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
3527  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
3528  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
3529  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
3530  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
3531  * on them otherwise.
3532  * It returns -1 if no node is found.
3533  */
3534 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
3535 {
3536         int n, val;
3537         int min_val = INT_MAX;
3538         int best_node = NUMA_NO_NODE;
3539         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
3540
3541         /* Use the local node if we haven't already */
3542         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
3543                 node_set(node, *used_node_mask);
3544                 return node;
3545         }
3546
3547         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
3548
3549                 /* Don't want a node to appear more than once */
3550                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
3551                         continue;
3552
3553                 /* Use the distance array to find the distance */
3554                 val = node_distance(node, n);
3555
3556                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
3557                 val += (n < node);
3558
3559                 /* Give preference to headless and unused nodes */
3560                 tmp = cpumask_of_node(n);
3561                 if (!cpumask_empty(tmp))
3562                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
3563
3564                 /* Slight preference for less loaded node */
3565                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
3566                 val += node_load[n];
3567
3568                 if (val < min_val) {
3569                         min_val = val;
3570                         best_node = n;
3571                 }
3572         }
3573
3574         if (best_node >= 0)
3575                 node_set(best_node, *used_node_mask);
3576
3577         return best_node;
3578 }
3579
3580
3581 /*
3582  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
3583  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
3584  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
3585  */
3586 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
3587 {
3588         int j;
3589         struct zonelist *zonelist;
3590
3591         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3592         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
3593                 ;
3594         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3595         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3596         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3597 }
3598
3599 /*
3600  * Build gfp_thisnode zonelists
3601  */
3602 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3603 {
3604         int j;
3605         struct zonelist *zonelist;
3606
3607         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
3608         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3609         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3610         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3611 }
3612
3613 /*
3614  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
3615  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
3616  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
3617  * may still exist in local DMA zone.
3618  */
3619 static int node_order[MAX_NUMNODES];
3620
3621 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
3622 {
3623         int pos, j, node;
3624         int zone_type;          /* needs to be signed */
3625         struct zone *z;
3626         struct zonelist *zonelist;
3627
3628         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3629         pos = 0;
3630         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
3631                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
3632                         node = node_order[j];
3633                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
3634                         if (populated_zone(z)) {
3635                                 zoneref_set_zone(z,
3636                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
3637                                 check_highest_zone(zone_type);
3638                         }
3639                 }
3640         }
3641         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
3642         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
3643 }
3644
3645 #if defined(CONFIG_64BIT)
3646 /*
3647  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
3648  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
3649  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
3650  */
3651 static int default_zonelist_order(void)
3652 {
3653         return ZONELIST_ORDER_NODE;
3654 }
3655 #else
3656 /*
3657  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
3658  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
3659  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
3660  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
3661  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
3662  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
3663  */
3664 static int default_zonelist_order(void)
3665 {
3666         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
3667 }
3668 #endif /* CONFIG_64BIT */
3669
3670 static void set_zonelist_order(void)
3671 {
3672         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
3673                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
3674         else
3675                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
3676 }
3677
3678 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3679 {
3680         int j, node, load;
3681         enum zone_type i;
3682         nodemask_t used_mask;
3683         int local_node, prev_node;
3684         struct zonelist *zonelist;
3685         int order = current_zonelist_order;
3686
3687         /* initialize zonelists */
3688         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
3689                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
3690                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
3691                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
3692         }
3693
3694         /* NUMA-aware ordering of nodes */
3695         local_node = pgdat->node_id;
3696         load = nr_online_nodes;
3697         prev_node = local_node;
3698         nodes_clear(used_mask);
3699
3700         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
3701         j = 0;
3702
3703         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
3704                 /*
3705                  * We don't want to pressure a particular node.
3706                  * So adding penalty to the first node in same
3707                  * distance group to make it round-robin.
3708                  */
3709                 if (node_distance(local_node, node) !=
3710                     node_distance(local_node, prev_node))
3711                         node_load[node] = load;
3712
3713                 prev_node = node;
3714                 load--;
3715                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
3716                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
3717                 else
3718                         node_order[j++] = node; /* remember order */
3719         }
3720
3721         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
3722                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
3723                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
3724         }
3725
3726         build_thisnode_zonelists(pgdat);
3727 }
3728
3729 /* Construct the zonelist performance cache - see further mmzone.h */
3730 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3731 {
3732         struct zonelist *zonelist;
3733         struct zonelist_cache *zlc;
3734         struct zoneref *z;
3735
3736         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3737         zonelist->zlcache_ptr = zlc = &zonelist->zlcache;
3738         bitmap_zero(zlc->fullzones, MAX_ZONES_PER_ZONELIST);
3739         for (z = zonelist->_zonerefs; z->zone; z++)
3740                 zlc->z_to_n[z - zonelist->_zonerefs] = zonelist_node_idx(z);
3741 }
3742
3743 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3744 /*
3745  * Return node id of node used for "local" allocations.
3746  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
3747  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
3748  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
3749  */
3750 int local_memory_node(int node)
3751 {
3752         struct zone *zone;
3753
3754         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
3755                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
3756                                    NULL,
3757                                    &zone);
3758         return zone->node;
3759 }
3760 #endif
3761
3762 #else   /* CONFIG_NUMA */
3763
3764 static void set_zonelist_order(void)
3765 {
3766         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3767 }
3768
3769 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
3770 {
3771         int node, local_node;
3772         enum zone_type j;
3773         struct zonelist *zonelist;
3774
3775         local_node = pgdat->node_id;
3776
3777         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
3778         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
3779
3780         /*
3781          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
3782          * of all the other nodes.
3783          * We don't want to pressure a particular node, so when
3784          * building the zones for node N, we make sure that the
3785          * zones coming right after the local ones are those from
3786          * node N+1 (modulo N)
3787          */
3788         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
3789                 if (!node_online(node))
3790                         continue;
3791                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3792         }
3793         for (node = 0; node < local_node; node++) {
3794                 if (!node_online(node))
3795                         continue;
3796                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
3797         }
3798
3799         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
3800         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
3801 }
3802
3803 /* non-NUMA variant of zonelist performance cache - just NULL zlcache_ptr */
3804 static void build_zonelist_cache(pg_data_t *pgdat)
3805 {
3806         pgdat->node_zonelists[0].zlcache_ptr = NULL;
3807 }
3808
3809 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3810
3811 /*
3812  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
3813  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
3814  * that an item put on a list will immediately be handed over to
3815  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
3816  * with interrupts disabled.
3817  *
3818  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
3819  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
3820  * hotplugged processors.
3821  *
3822  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
3823  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
3824  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
3825  */
3826 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
3827 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
3828 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
3829
3830 /*
3831  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
3832  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
3833  */
3834 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
3835
3836 /* return values int ....just for stop_machine() */
3837 static int __build_all_zonelists(void *data)
3838 {
3839         int nid;
3840         int cpu;
3841         pg_data_t *self = data;
3842
3843 #ifdef CONFIG_NUMA
3844         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
3845 #endif
3846
3847         if (self && !node_online(self->node_id)) {
3848                 build_zonelists(self);
3849                 build_zonelist_cache(self);
3850         }
3851
3852         for_each_online_node(nid) {
3853                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3854
3855                 build_zonelists(pgdat);
3856                 build_zonelist_cache(pgdat);
3857         }
3858
3859         /*
3860          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
3861          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
3862          * each zone will be allocated later when the per cpu
3863          * allocator is available.
3864          *
3865          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
3866          * cpus if the system is already booted because the pagesets
3867          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
3868          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
3869          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
3870          * (a chicken-egg dilemma).
3871          */
3872         for_each_possible_cpu(cpu) {
3873                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
3874
3875 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
3876                 /*
3877                  * We now know the "local memory node" for each node--
3878                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
3879                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
3880                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
3881                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
3882                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
3883                  */
3884                 if (cpu_online(cpu))
3885                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
3886 #endif
3887         }
3888
3889         return 0;
3890 }
3891
3892 /*
3893  * Called with zonelists_mutex held always
3894  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
3895  */
3896 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
3897 {
3898         set_zonelist_order();
3899
3900         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
3901                 __build_all_zonelists(NULL);
3902                 mminit_verify_zonelist();
3903                 cpuset_init_current_mems_allowed();
3904         } else {
3905 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3906                 if (zone)
3907                         setup_zone_pageset(zone);
3908 #endif
3909                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
3910                    of zonelist */
3911                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
3912                 /* cpuset refresh routine should be here */
3913         }
3914         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
3915         /*
3916          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
3917          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
3918          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
3919          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
3920          * disabled and enable it later
3921          */
3922         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
3923                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
3924         else
3925                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
3926
3927         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
3928                 "Total pages: %ld\n",
3929                         nr_online_nodes,
3930                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
3931                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
3932                         vm_total_pages);
3933 #ifdef CONFIG_NUMA
3934         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
3935 #endif
3936 }
3937
3938 /*
3939  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
3940  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
3941  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
3942  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
3943  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
3944  * conservative, even though it seems large.
3945  *
3946  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
3947  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
3948  */
3949 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
3950
3951 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
3952 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3953 {
3954         unsigned long size = 1;
3955
3956         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
3957
3958         while (size < pages)
3959                 size <<= 1;
3960
3961         /*
3962          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
3963          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
3964          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
3965          */
3966         size = min(size, 4096UL);
3967
3968         return max(size, 4UL);
3969 }
3970 #else
3971 /*
3972  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
3973  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
3974  *
3975  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
3976  *
3977  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
3978  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
3979  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
3980  *
3981  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
3982  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
3983  *
3984  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
3985  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
3986  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
3987  */
3988 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
3989 {
3990         return 4096UL;
3991 }
3992 #endif
3993
3994 /*
3995  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
3996  * to extract the more random high bits from the multiplicative
3997  * hash function before the remainder is taken.
3998  */
3999 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4000 {
4001         return ffz(~size);
4002 }
4003
4004 /*
4005  * Check if a pageblock contains reserved pages
4006  */
4007 static int pageblock_is_reserved(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
4008 {
4009         unsigned long pfn;
4010
4011         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4012                 if (!pfn_valid_within(pfn) || PageReserved(pfn_to_page(pfn)))
4013                         return 1;
4014         }
4015         return 0;
4016 }
4017
4018 /*
4019  * Mark a number of pageblocks as MIGRATE_RESERVE. The number
4020  * of blocks reserved is based on min_wmark_pages(zone). The memory within
4021  * the reserve will tend to store contiguous free pages. Setting min_free_kbytes
4022  * higher will lead to a bigger reserve which will get freed as contiguous
4023  * blocks as reclaim kicks in
4024  */
4025 static void setup_zone_migrate_reserve(struct zone *zone)
4026 {
4027         unsigned long start_pfn, pfn, end_pfn, block_end_pfn;
4028         struct page *page;
4029         unsigned long block_migratetype;
4030         int reserve;
4031         int old_reserve;
4032
4033         /*
4034          * Get the start pfn, end pfn and the number of blocks to reserve
4035          * We have to be careful to be aligned to pageblock_nr_pages to
4036          * make sure that we always check pfn_valid for the first page in
4037          * the block.
4038          */
4039         start_pfn = zone->zone_start_pfn;
4040         end_pfn = zone_end_pfn(zone);
4041         start_pfn = roundup(start_pfn, pageblock_nr_pages);
4042         reserve = roundup(min_wmark_pages(zone), pageblock_nr_pages) >>
4043                                                         pageblock_order;
4044
4045         /*
4046          * Reserve blocks are generally in place to help high-order atomic
4047          * allocations that are short-lived. A min_free_kbytes value that
4048          * would result in more than 2 reserve blocks for atomic allocations
4049          * is assumed to be in place to help anti-fragmentation for the
4050          * future allocation of hugepages at runtime.
4051          */
4052         reserve = min(2, reserve);
4053         old_reserve = zone->nr_migrate_reserve_block;
4054
4055         /* When memory hot-add, we almost always need to do nothing */
4056         if (reserve == old_reserve)
4057                 return;
4058         zone->nr_migrate_reserve_block = reserve;
4059
4060         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pageblock_nr_pages) {
4061                 if (!pfn_valid(pfn))
4062                         continue;
4063                 page = pfn_to_page(pfn);
4064
4065                 /* Watch out for overlapping nodes */
4066                 if (page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone))
4067                         continue;
4068
4069                 block_migratetype = get_pageblock_migratetype(page);
4070
4071                 /* Only test what is necessary when the reserves are not met */
4072                 if (reserve > 0) {
4073                         /*
4074                          * Blocks with reserved pages will never free, skip
4075                          * them.
4076                          */
4077                         block_end_pfn = min(pfn + pageblock_nr_pages, end_pfn);
4078                         if (pageblock_is_reserved(pfn, block_end_pfn))
4079                                 continue;
4080
4081                         /* If this block is reserved, account for it */
4082                         if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4083                                 reserve--;
4084                                 continue;
4085                         }
4086
4087                         /* Suitable for reserving if this block is movable */
4088                         if (block_migratetype == MIGRATE_MOVABLE) {
4089                                 set_pageblock_migratetype(page,
4090                                                         MIGRATE_RESERVE);
4091                                 move_freepages_block(zone, page,
4092                                                         MIGRATE_RESERVE);
4093                                 reserve--;
4094                                 continue;
4095                         }
4096                 } else if (!old_reserve) {
4097                         /*
4098                          * At boot time we don't need to scan the whole zone
4099                          * for turning off MIGRATE_RESERVE.
4100                          */
4101                         break;
4102                 }
4103
4104                 /*
4105                  * If the reserve is met and this is a previous reserved block,
4106                  * take it back
4107                  */
4108                 if (block_migratetype == MIGRATE_RESERVE) {
4109                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4110                         move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_MOVABLE);
4111                 }
4112         }
4113 }
4114
4115 /*
4116  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4117  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4118  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4119  */
4120 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4121                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4122 {
4123         struct page *page;
4124         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4125         unsigned long pfn;
4126         struct zone *z;
4127
4128         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4129                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4130
4131         z = &NODE_DATA(nid)->node_zones[zone];
4132         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4133                 /*
4134                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4135                  * handed to this function.  They do not
4136                  * exist on hotplugged memory.
4137                  */
4138                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4139                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4140                                 continue;
4141                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4142                                 continue;
4143                 }
4144                 page = pfn_to_page(pfn);
4145                 set_page_links(page, zone, nid, pfn);
4146                 mminit_verify_page_links(page, zone, nid, pfn);
4147                 init_page_count(page);
4148                 page_mapcount_reset(page);
4149                 page_cpupid_reset_last(page);
4150                 SetPageReserved(page);
4151                 /*
4152                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4153                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4154                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4155                  * the address space during boot when many long-lived
4156                  * kernel allocations are made. Later some blocks near
4157                  * the start are marked MIGRATE_RESERVE by
4158                  * setup_zone_migrate_reserve()
4159                  *
4160                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4161                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4162                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4163                  * pfn out of zone.
4164                  */
4165                 if ((z->zone_start_pfn <= pfn)
4166                     && (pfn < zone_end_pfn(z))
4167                     && !(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)))
4168                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4169
4170                 INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
4171 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
4172                 /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
4173                 if (!is_highmem_idx(zone))
4174                         set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
4175 #endif
4176         }
4177 }
4178
4179 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4180 {
4181         unsigned int order, t;
4182         for_each_migratetype_order(order, t) {
4183                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4184                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4185         }
4186 }
4187
4188 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4189 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4190         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4191 #endif
4192
4193 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4194 {
4195 #ifdef CONFIG_MMU
4196         int batch;
4197
4198         /*
4199          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4200          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4201          *
4202          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4203          */
4204         batch = zone->managed_pages / 1024;
4205         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4206                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4207         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4208         if (batch < 1)
4209                 batch = 1;
4210
4211         /*
4212          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4213          * of 2 value was found to be more likely to have
4214          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4215          *
4216          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4217          * batches of pages, one task can end up with a lot
4218          * of pages of one half of the possible page colors
4219          * and the other with pages of the other colors.
4220          */
4221         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4222
4223         return batch;
4224
4225 #else
4226         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4227          * conditions.
4228          *
4229          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4230          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4231          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4232          *
4233          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4234          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4235          * can be a significant delay between the individual batches being
4236          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4237          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4238          */
4239         return 0;
4240 #endif
4241 }
4242
4243 /*
4244  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4245  * ->batch must never be higher then ->high.
4246  * The following function updates them in a safe manner without read side
4247  * locking.
4248  *
4249  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4250  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4251  *
4252  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4253  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4254  * exist).
4255  */
4256 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4257                 unsigned long batch)
4258 {
4259        /* start with a fail safe value for batch */
4260         pcp->batch = 1;
4261         smp_wmb();
4262
4263        /* Update high, then batch, in order */
4264         pcp->high = high;
4265         smp_wmb();
4266
4267         pcp->batch = batch;
4268 }
4269
4270 /* a companion to pageset_set_high() */
4271 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4272 {
4273         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4274 }
4275
4276 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4277 {
4278         struct per_cpu_pages *pcp;
4279         int migratetype;
4280
4281         memset(p, 0, sizeof(*p));
4282
4283         pcp = &p->pcp;
4284         pcp->count = 0;
4285         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4286                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4287 }
4288
4289 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4290 {
4291         pageset_init(p);
4292         pageset_set_batch(p, batch);
4293 }
4294
4295 /*
4296  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4297  * to the value high for the pageset p.
4298  */
4299 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4300                                 unsigned long high)
4301 {
4302         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4303         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4304                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4305
4306         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4307 }
4308
4309 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4310                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4311 {
4312         if (percpu_pagelist_fraction)
4313                 pageset_set_high(pcp,
4314                         (zone->managed_pages /
4315                                 percpu_pagelist_fraction));
4316         else
4317                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4318 }
4319
4320 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4321 {
4322         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4323
4324         pageset_init(pcp);
4325         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4326 }
4327
4328 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4329 {
4330         int cpu;
4331         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4332         for_each_possible_cpu(cpu)
4333                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4334 }
4335
4336 /*
4337  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4338  * Before this call only boot pagesets were available.
4339  */
4340 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4341 {
4342         struct zone *zone;
4343
4344         for_each_populated_zone(zone)
4345                 setup_zone_pageset(zone);
4346 }
4347
4348 static noinline __init_refok
4349 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4350 {
4351         int i;
4352         size_t alloc_size;
4353
4354         /*
4355          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4356          * per zone.
4357          */
4358         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4359                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4360         zone->wait_table_bits =
4361                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4362         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4363                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4364
4365         if (!slab_is_available()) {
4366                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4367                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4368                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4369         } else {
4370                 /*
4371                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4372                  * via memory hot-add.
4373                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4374                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4375                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4376                  * node itself as well.
4377                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4378                  * necessary.
4379                  */
4380                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4381         }
4382         if (!zone->wait_table)
4383                 return -ENOMEM;
4384
4385         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4386                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4387
4388         return 0;
4389 }
4390
4391 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4392 {
4393         /*
4394          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4395          * relies on the ability of the linker to provide the
4396          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4397          */
4398         zone->pageset = &boot_pageset;
4399
4400         if (populated_zone(zone))
4401                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4402                         zone->name, zone->present_pages,
4403                                          zone_batchsize(zone));
4404 }
4405
4406 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4407                                         unsigned long zone_start_pfn,
4408                                         unsigned long size,
4409                                         enum memmap_context context)
4410 {
4411         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4412         int ret;
4413         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4414         if (ret)
4415                 return ret;
4416         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4417
4418         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4419
4420         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4421                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4422                         pgdat->node_id,
4423                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4424                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4425
4426         zone_init_free_lists(zone);
4427
4428         return 0;
4429 }
4430
4431 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4432 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4433 /*
4434  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4435  */
4436 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4437 {
4438         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4439         int nid;
4440         /*
4441          * NOTE: The following SMP-unsafe globals are only used early in boot
4442          * when the kernel is running single-threaded.
4443          */
4444         static unsigned long __meminitdata last_start_pfn, last_end_pfn;
4445         static int __meminitdata last_nid;
4446
4447         if (last_start_pfn <= pfn && pfn < last_end_pfn)
4448                 return last_nid;
4449
4450         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4451         if (nid != -1) {
4452                 last_start_pfn = start_pfn;
4453                 last_end_pfn = end_pfn;
4454                 last_nid = nid;
4455         }
4456
4457         return nid;
4458 }
4459 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4460
4461 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
4462 {
4463         int nid;
4464
4465         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4466         if (nid >= 0)
4467                 return nid;
4468         /* just returns 0 */
4469         return 0;
4470 }
4471
4472 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
4473 bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
4474 {
4475         int nid;
4476
4477         nid = __early_pfn_to_nid(pfn);
4478         if (nid >= 0 && nid != node)
4479                 return false;
4480         return true;
4481 }
4482 #endif
4483
4484 /**
4485  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4486  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4487  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4488  *
4489  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4490  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4491  * memblock_free_early_nid() manually.
4492  */
4493 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4494 {
4495         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4496         int i, this_nid;
4497
4498         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4499                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4500                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4501
4502                 if (start_pfn < end_pfn)
4503                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4504                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4505                                         this_nid);
4506         }
4507 }
4508
4509 /**
4510  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4511  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4512  *
4513  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4514  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4515  */
4516 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4517 {
4518         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4519         int i, this_nid;
4520
4521         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4522                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4523 }
4524
4525 /**
4526  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4527  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4528  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4529  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4530  *
4531  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4532  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4533  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4534  * PFNs will be 0.
4535  */
4536 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4537                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4538 {
4539         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4540         int i;
4541
4542         *start_pfn = -1UL;
4543         *end_pfn = 0;
4544
4545         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4546                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4547                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4548         }
4549
4550         if (*start_pfn == -1UL)
4551                 *start_pfn = 0;
4552 }
4553
4554 /*
4555  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4556  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4557  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4558  */
4559 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4560 {
4561         int zone_index;
4562         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4563                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4564                         continue;
4565
4566                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4567                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4568                         break;
4569         }
4570
4571         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4572         movable_zone = zone_index;
4573 }
4574
4575 /*
4576  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4577  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4578  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4579  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4580  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4581  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4582  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4583  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4584  */
4585 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4586                                         unsigned long zone_type,
4587                                         unsigned long node_start_pfn,
4588                                         unsigned long node_end_pfn,
4589                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4590                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4591 {
4592         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4593         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4594                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4595                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4596                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4597                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4598                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4599
4600                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4601                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4602                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4603                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4604
4605                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4606                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4607                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4608         }
4609 }
4610
4611 /*
4612  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4613  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4614  */
4615 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4616                                         unsigned long zone_type,
4617                                         unsigned long node_start_pfn,
4618                                         unsigned long node_end_pfn,
4619                                         unsigned long *ignored)
4620 {
4621         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4622
4623         /* Get the start and end of the zone */
4624         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4625         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4626         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4627                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
4628                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4629
4630         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
4631         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
4632                 return 0;
4633
4634         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
4635         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
4636         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
4637
4638         /* Return the spanned pages */
4639         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
4640 }
4641
4642 /*
4643  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
4644  * then all holes in the requested range will be accounted for.
4645  */
4646 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
4647                                 unsigned long range_start_pfn,
4648                                 unsigned long range_end_pfn)
4649 {
4650         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
4651         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4652         int i;
4653
4654         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
4655                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4656                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
4657                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
4658         }
4659         return nr_absent;
4660 }
4661
4662 /**
4663  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
4664  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
4665  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
4666  *
4667  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
4668  */
4669 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
4670                                                         unsigned long end_pfn)
4671 {
4672         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
4673 }
4674
4675 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
4676 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4677                                         unsigned long zone_type,
4678                                         unsigned long node_start_pfn,
4679                                         unsigned long node_end_pfn,
4680                                         unsigned long *ignored)
4681 {
4682         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
4683         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
4684         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4685
4686         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
4687         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
4688
4689         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
4690                         node_start_pfn, node_end_pfn,
4691                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
4692         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
4693 }
4694
4695 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4696 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4697                                         unsigned long zone_type,
4698                                         unsigned long node_start_pfn,
4699                                         unsigned long node_end_pfn,
4700                                         unsigned long *zones_size)
4701 {
4702         return zones_size[zone_type];
4703 }
4704
4705 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
4706                                                 unsigned long zone_type,
4707                                                 unsigned long node_start_pfn,
4708                                                 unsigned long node_end_pfn,
4709                                                 unsigned long *zholes_size)
4710 {
4711         if (!zholes_size)
4712                 return 0;
4713
4714         return zholes_size[zone_type];
4715 }
4716
4717 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4718
4719 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
4720                                                 unsigned long node_start_pfn,
4721                                                 unsigned long node_end_pfn,
4722                                                 unsigned long *zones_size,
4723                                                 unsigned long *zholes_size)
4724 {
4725         unsigned long realtotalpages, totalpages = 0;
4726         enum zone_type i;
4727
4728         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4729                 totalpages += zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4730                                                          node_start_pfn,
4731                                                          node_end_pfn,
4732                                                          zones_size);
4733         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
4734
4735         realtotalpages = totalpages;
4736         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4737                 realtotalpages -=
4738                         zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
4739                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
4740                                                   zholes_size);
4741         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
4742         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
4743                                                         realtotalpages);
4744 }
4745
4746 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
4747 /*
4748  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
4749  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
4750  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
4751  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
4752  * bytes.
4753  */
4754 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
4755 {
4756         unsigned long usemapsize;
4757
4758         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
4759         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
4760         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
4761         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
4762         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
4763
4764         return usemapsize / 8;
4765 }
4766
4767 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
4768                                 struct zone *zone,
4769                                 unsigned long zone_start_pfn,
4770                                 unsigned long zonesize)
4771 {
4772         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
4773         zone->pageblock_flags = NULL;
4774         if (usemapsize)
4775                 zone->pageblock_flags =
4776                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
4777                                                          pgdat->node_id);
4778 }
4779 #else
4780 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
4781                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
4782 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
4783
4784 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
4785
4786 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
4787 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4788 {
4789         unsigned int order;
4790
4791         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
4792         if (pageblock_order)
4793                 return;
4794
4795         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
4796                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
4797         else
4798                 order = MAX_ORDER - 1;
4799
4800         /*
4801          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
4802          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
4803          * powerpc.
4804          */
4805         pageblock_order = order;
4806 }
4807 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4808
4809 /*
4810  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
4811  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
4812  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
4813  * the kernel config
4814  */
4815 void __paginginit set_pageblock_order(void)
4816 {
4817 }
4818
4819 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
4820
4821 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
4822                                                    unsigned long present_pages)
4823 {
4824         unsigned long pages = spanned_pages;
4825
4826         /*
4827          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
4828          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
4829          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
4830          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
4831          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
4832          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
4833          */
4834         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
4835             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
4836                 pages = present_pages;
4837
4838         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
4839 }
4840
4841 /*
4842  * Set up the zone data structures:
4843  *   - mark all pages reserved
4844  *   - mark all memory queues empty
4845  *   - clear the memory bitmaps
4846  *
4847  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
4848  */
4849 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat,
4850                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long node_end_pfn,
4851                 unsigned long *zones_size, unsigned long *zholes_size)
4852 {
4853         enum zone_type j;
4854         int nid = pgdat->node_id;
4855         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
4856         int ret;
4857
4858         pgdat_resize_init(pgdat);
4859 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
4860         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
4861         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
4862         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
4863 #endif
4864         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
4865         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
4866         pgdat_page_cgroup_init(pgdat);
4867
4868         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
4869                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
4870                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
4871
4872                 size = zone_spanned_pages_in_node(nid, j, node_start_pfn,
4873                                                   node_end_pfn, zones_size);
4874                 realsize = freesize = size - zone_absent_pages_in_node(nid, j,
4875                                                                 node_start_pfn,
4876                                                                 node_end_pfn,
4877                                                                 zholes_size);
4878
4879                 /*
4880                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
4881                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
4882                  * and per-cpu initialisations
4883                  */
4884                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
4885                 if (freesize >= memmap_pages) {
4886                         freesize -= memmap_pages;
4887                         if (memmap_pages)
4888                                 printk(KERN_DEBUG
4889                                        "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
4890                                        zone_names[j], memmap_pages);
4891                 } else
4892                         printk(KERN_WARNING
4893                                 "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
4894                                 zone_names[j], memmap_pages, freesize);
4895
4896                 /* Account for reserved pages */
4897                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
4898                         freesize -= dma_reserve;
4899                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
4900                                         zone_names[0], dma_reserve);
4901                 }
4902
4903                 if (!is_highmem_idx(j))
4904                         nr_kernel_pages += freesize;
4905                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
4906                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
4907                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
4908                 nr_all_pages += freesize;
4909
4910                 zone->spanned_pages = size;
4911                 zone->present_pages = realsize;
4912                 /*
4913                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
4914                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
4915                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
4916                  */
4917                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
4918 #ifdef CONFIG_NUMA
4919                 zone->node = nid;
4920                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
4921                                                 / 100;
4922                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
4923 #endif
4924                 zone->name = zone_names[j];
4925                 spin_lock_init(&zone->lock);
4926                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
4927                 zone_seqlock_init(zone);
4928                 zone->zone_pgdat = pgdat;
4929                 zone_pcp_init(zone);
4930
4931                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
4932                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
4933
4934                 lruvec_init(&zone->lruvec);
4935                 if (!size)
4936                         continue;
4937
4938                 set_pageblock_order();
4939                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
4940                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn,
4941                                                 size, MEMMAP_EARLY);
4942                 BUG_ON(ret);
4943                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
4944                 zone_start_pfn += size;
4945         }
4946 }
4947
4948 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
4949 {
4950         /* Skip empty nodes */
4951         if (!pgdat->node_spanned_pages)
4952                 return;
4953
4954 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
4955         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
4956         if (!pgdat->node_mem_map) {
4957                 unsigned long size, start, end;
4958                 struct page *map;
4959
4960                 /*
4961                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
4962                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
4963                  * for the buddy allocator to function correctly.
4964                  */
4965                 start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
4966                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
4967                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
4968                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
4969                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
4970                 if (!map)
4971                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
4972                                                                pgdat->node_id);
4973                 pgdat->node_mem_map = map + (pgdat->node_start_pfn - start);
4974         }
4975 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
4976         /*
4977          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
4978          */
4979         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
4980                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
4981 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4982                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
4983                         mem_map -= (pgdat->node_start_pfn - ARCH_PFN_OFFSET);
4984 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
4985         }
4986 #endif
4987 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
4988 }
4989
4990 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
4991                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
4992 {
4993         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4994         unsigned long start_pfn = 0;
4995         unsigned long end_pfn = 0;
4996
4997         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
4998         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
4999
5000         pgdat->node_id = nid;
5001         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5002 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5003         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5004         printk(KERN_INFO "Initmem setup node %d [mem %#010Lx-%#010Lx]\n", nid,
5005                         (u64) start_pfn << PAGE_SHIFT, (u64) (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5006 #endif
5007         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5008                                   zones_size, zholes_size);
5009
5010         alloc_node_mem_map(pgdat);
5011 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5012         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5013                 nid, (unsigned long)pgdat,
5014                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5015 #endif
5016
5017         free_area_init_core(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5018                             zones_size, zholes_size);
5019 }
5020
5021 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5022
5023 #if MAX_NUMNODES > 1
5024 /*
5025  * Figure out the number of possible node ids.
5026  */
5027 void __init setup_nr_node_ids(void)
5028 {
5029         unsigned int node;
5030         unsigned int highest = 0;
5031
5032         for_each_node_mask(node, node_possible_map)
5033                 highest = node;
5034         nr_node_ids = highest + 1;
5035 }
5036 #endif
5037
5038 /**
5039  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5040  *
5041  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5042  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5043  * all the nodes.
5044  *
5045  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5046  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5047  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5048  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5049  *
5050  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5051  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5052  * populated node map.
5053  *
5054  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5055  * requirement (single node).
5056  */
5057 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5058 {
5059         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5060         unsigned long start, end, mask;
5061         int last_nid = -1;
5062         int i, nid;
5063
5064         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5065                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5066                         last_nid = nid;
5067                         last_end = end;
5068                         continue;
5069                 }
5070
5071                 /*
5072                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5073                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5074                  * too coarse to separate the current node from the last.
5075                  */
5076                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5077                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5078                         mask <<= 1;
5079
5080                 /* accumulate all internode masks */
5081                 accl_mask |= mask;
5082         }
5083
5084         /* convert mask to number of pages */
5085         return ~accl_mask + 1;
5086 }
5087
5088 /* Find the lowest pfn for a node */
5089 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5090 {
5091         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5092         unsigned long start_pfn;
5093         int i;
5094
5095         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5096                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5097
5098         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5099                 printk(KERN_WARNING
5100                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5101                 return 0;
5102         }
5103
5104         return min_pfn;
5105 }
5106
5107 /**
5108  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5109  *
5110  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5111  * memblock_set_node().
5112  */
5113 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5114 {
5115         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5116 }
5117
5118 /*
5119  * early_calculate_totalpages()
5120  * Sum pages in active regions for movable zone.
5121  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5122  */
5123 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5124 {
5125         unsigned long totalpages = 0;
5126         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5127         int i, nid;
5128
5129         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5130                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5131
5132                 totalpages += pages;
5133                 if (pages)
5134                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5135         }
5136         return totalpages;
5137 }
5138
5139 /*
5140  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5141  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5142  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5143  * others
5144  */
5145 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5146 {
5147         int i, nid;
5148         unsigned long usable_startpfn;
5149         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5150         /* save the state before borrow the nodemask */
5151         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5152         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5153         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5154         struct memblock_region *r;
5155
5156         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5157         find_usable_zone_for_movable();
5158
5159         /*
5160          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5161          * options.
5162          */
5163         if (movable_node_is_enabled()) {
5164                 for_each_memblock(memory, r) {
5165                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5166                                 continue;
5167
5168                         nid = r->nid;
5169
5170                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5171                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5172                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5173                                 usable_startpfn;
5174                 }
5175
5176                 goto out2;
5177         }
5178
5179         /*
5180          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5181          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5182          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5183          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5184          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5185          * what movablecore would have allowed.
5186          */
5187         if (required_movablecore) {
5188                 unsigned long corepages;
5189
5190                 /*
5191                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5192                  * was requested by the user
5193                  */
5194                 required_movablecore =
5195                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5196                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5197
5198                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5199         }
5200
5201         /* If kernelcore was not specified, there is no ZONE_MOVABLE */
5202         if (!required_kernelcore)
5203                 goto out;
5204
5205         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5206         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5207
5208 restart:
5209         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5210         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5211         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5212                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5213
5214                 /*
5215                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5216                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5217                  * amount of memory for the kernel
5218                  */
5219                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5220                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5221
5222                 /*
5223                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5224                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5225                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5226                  */
5227                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5228
5229                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5230                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5231                         unsigned long size_pages;
5232
5233                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5234                         if (start_pfn >= end_pfn)
5235                                 continue;
5236
5237                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5238                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5239                                 unsigned long kernel_pages;
5240                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5241                                                                 - start_pfn;
5242
5243                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5244                                                         kernelcore_remaining);
5245                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5246                                                         required_kernelcore);
5247
5248                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5249                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5250
5251                                         /*
5252                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5253                                          * that if we have to rebalance
5254                                          * kernelcore across nodes, we will
5255                                          * not double account here
5256                                          */
5257                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5258                                         continue;
5259                                 }
5260                                 start_pfn = usable_startpfn;
5261                         }
5262
5263                         /*
5264                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5265                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5266                          * number of pages used as kernelcore
5267                          */
5268                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5269                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5270                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5271                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5272
5273                         /*
5274                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5275                          * break if the kernelcore for this node has been
5276                          * satisfied
5277                          */
5278                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5279                                                                 size_pages);
5280                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5281                         if (!kernelcore_remaining)
5282                                 break;
5283                 }
5284         }
5285
5286         /*
5287          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5288          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5289          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5290          * satisfied
5291          */
5292         usable_nodes--;
5293         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5294                 goto restart;
5295
5296 out2:
5297         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5298         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5299                 zone_movable_pfn[nid] =
5300                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5301
5302 out:
5303         /* restore the node_state */
5304         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5305 }
5306
5307 /* Any regular or high memory on that node ? */
5308 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5309 {
5310         enum zone_type zone_type;
5311
5312         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5313                 return;
5314
5315         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5316                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5317                 if (populated_zone(zone)) {
5318                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5319                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5320                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5321                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5322                         break;
5323                 }
5324         }
5325 }
5326
5327 /**
5328  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5329  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5330  *
5331  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5332  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5333  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5334  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5335  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5336  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5337  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5338  * at arch_max_dma_pfn.
5339  */
5340 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5341 {
5342         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5343         int i, nid;
5344
5345         /* Record where the zone boundaries are */
5346         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5347                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5348         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5349                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5350         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5351         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5352         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5353                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5354                         continue;
5355                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5356                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5357                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5358                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5359         }
5360         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5361         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5362
5363         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5364         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5365         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5366
5367         /* Print out the zone ranges */
5368         pr_info("Zone ranges:\n");
5369         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5370                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5371                         continue;
5372                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5373                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5374                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5375                         pr_cont("empty\n");
5376                 else
5377                         pr_cont("[mem %0#10lx-%0#10lx]\n",
5378                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] << PAGE_SHIFT,
5379                                 (arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5380                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5381         }
5382
5383         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5384         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5385         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5386                 if (zone_movable_pfn[i])
5387                         pr_info("  Node %d: %#010lx\n", i,
5388                                zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5389         }
5390
5391         /* Print out the early node map */
5392         pr_info("Early memory node ranges\n");
5393         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5394                 pr_info("  node %3d: [mem %#010lx-%#010lx]\n", nid,
5395                        start_pfn << PAGE_SHIFT, (end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5396
5397         /* Initialise every node */
5398         mminit_verify_pageflags_layout();
5399         setup_nr_node_ids();
5400         for_each_online_node(nid) {
5401                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5402                 free_area_init_node(nid, NULL,
5403                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5404
5405                 /* Any memory on that node */
5406                 if (pgdat->node_present_pages)
5407                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5408                 check_for_memory(pgdat, nid);
5409         }
5410 }
5411
5412 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5413 {
5414         unsigned long long coremem;
5415         if (!p)
5416                 return -EINVAL;
5417
5418         coremem = memparse(p, &p);
5419         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5420
5421         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5422         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5423
5424         return 0;
5425 }
5426
5427 /*
5428  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5429  * cannot be reclaimed or migrated.
5430  */
5431 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5432 {
5433         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5434 }
5435
5436 /*
5437  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5438  * can be reclaimed or migrated.
5439  */
5440 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5441 {
5442         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5443 }
5444
5445 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5446 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5447
5448 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5449
5450 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5451 {
5452         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5453         page_zone(page)->managed_pages += count;
5454         totalram_pages += count;
5455 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5456         if (PageHighMem(page))
5457                 totalhigh_pages += count;
5458 #endif
5459         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5460 }
5461 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5462
5463 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5464 {
5465         void *pos;
5466         unsigned long pages = 0;
5467
5468         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5469         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5470         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5471                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5472                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5473                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5474         }
5475
5476         if (pages && s)
5477                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5478                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5479
5480         return pages;
5481 }
5482 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5483
5484 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5485 void free_highmem_page(struct page *page)
5486 {
5487         __free_reserved_page(page);
5488         totalram_pages++;
5489         page_zone(page)->managed_pages++;
5490         totalhigh_pages++;
5491 }
5492 #endif
5493
5494
5495 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5496 {
5497         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5498         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5499
5500         physpages = get_num_physpages();
5501         codesize = _etext - _stext;
5502         datasize = _edata - _sdata;
5503         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5504         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5505         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5506         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5507
5508         /*
5509          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5510          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5511          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5512          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5513          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5514          */
5515 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5516         do { \
5517                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5518                         size -= adj; \
5519         } while (0)
5520
5521         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5522                      _sinittext, init_code_size);
5523         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5524         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5525         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5526         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5527
5528 #undef  adj_init_size
5529
5530         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5531                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5532                "%luK init, %luK bss, %luK reserved"
5533 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5534                ", %luK highmem"
5535 #endif
5536                "%s%s)\n",
5537                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5538                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5539                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5540                (physpages - totalram_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5541 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5542                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5543 #endif
5544                str ? ", " : "", str ? str : "");
5545 }
5546
5547 /**
5548  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5549  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5550  *
5551  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by present_pages.
5552  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5553  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5554  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5555  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5556  * smaller per-cpu batchsize.
5557  */
5558 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5559 {
5560         dma_reserve = new_dma_reserve;
5561 }
5562
5563 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5564 {
5565         free_area_init_node(0, zones_size,
5566                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5567 }
5568
5569 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5570                                  unsigned long action, void *hcpu)
5571 {
5572         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5573
5574         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5575                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5576                 drain_pages(cpu);
5577
5578                 /*
5579                  * Spill the event counters of the dead processor
5580                  * into the current processors event counters.
5581                  * This artificially elevates the count of the current
5582                  * processor.
5583                  */
5584                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5585
5586                 /*
5587                  * Zero the differential counters of the dead processor
5588                  * so that the vm statistics are consistent.
5589                  *
5590                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5591                  * race with what we are doing.
5592                  */
5593                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5594         }
5595         return NOTIFY_OK;
5596 }
5597
5598 void __init page_alloc_init(void)
5599 {
5600         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5601 }
5602
5603 /*
5604  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lower_zone_reserve_ratio
5605  *      or min_free_kbytes changes.
5606  */
5607 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5608 {
5609         struct pglist_data *pgdat;
5610         unsigned long reserve_pages = 0;
5611         enum zone_type i, j;
5612
5613         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5614                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5615                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5616                         long max = 0;
5617
5618                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5619                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5620                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5621                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5622                         }
5623
5624                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5625                         max += high_wmark_pages(zone);
5626
5627                         if (max > zone->managed_pages)
5628                                 max = zone->managed_pages;
5629                         reserve_pages += max;
5630                         /*
5631                          * Lowmem reserves are not available to
5632                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
5633                          * kswapd tries to balance zones to their high
5634                          * watermark.  As a result, neither should be
5635                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
5636                          * situation where reclaim has to clean pages
5637                          * in order to balance the zones.
5638                          */
5639                         zone->dirty_balance_reserve = max;
5640                 }
5641         }
5642         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
5643         totalreserve_pages = reserve_pages;
5644 }
5645
5646 /*
5647  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5648  *      sysctl_lower_zone_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5649  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5650  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5651  */
5652 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5653 {
5654         struct pglist_data *pgdat;
5655         enum zone_type j, idx;
5656
5657         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5658                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5659                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5660                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
5661
5662                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5663
5664                         idx = j;
5665                         while (idx) {
5666                                 struct zone *lower_zone;
5667
5668                                 idx--;
5669
5670                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
5671                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
5672
5673                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
5674                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
5675                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
5676                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
5677                         }
5678                 }
5679         }
5680
5681         /* update totalreserve_pages */
5682         calculate_totalreserve_pages();
5683 }
5684
5685 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5686 {
5687         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5688         unsigned long lowmem_pages = 0;
5689         struct zone *zone;
5690         unsigned long flags;
5691
5692         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5693         for_each_zone(zone) {
5694                 if (!is_highmem(zone))
5695                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
5696         }
5697
5698         for_each_zone(zone) {
5699                 u64 tmp;
5700
5701                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5702                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
5703                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5704                 if (is_highmem(zone)) {
5705                         /*
5706                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5707                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5708                          * value here.
5709                          *
5710                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5711                          * deltas controls asynch page reclaim, and so should
5712                          * not be capped for highmem.
5713                          */
5714                         unsigned long min_pages;
5715
5716                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
5717                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5718                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5719                 } else {
5720                         /*
5721                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5722                          * proportionate to the zone's size.
5723                          */
5724                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5725                 }
5726
5727                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
5728                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
5729
5730                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
5731                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
5732                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
5733
5734                 setup_zone_migrate_reserve(zone);
5735                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5736         }
5737
5738         /* update totalreserve_pages */
5739         calculate_totalreserve_pages();
5740 }
5741
5742 /**
5743  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5744  * or when memory is hot-{added|removed}
5745  *
5746  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5747  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5748  */
5749 void setup_per_zone_wmarks(void)
5750 {
5751         mutex_lock(&zonelists_mutex);
5752         __setup_per_zone_wmarks();
5753         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
5754 }
5755
5756 /*
5757  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
5758  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
5759  * to be referenced again before it is swapped out.
5760  *
5761  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
5762  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
5763  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
5764  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
5765  *
5766  * total     target    max
5767  * memory    ratio     inactive anon
5768  * -------------------------------------
5769  *   10MB       1         5MB
5770  *  100MB       1        50MB
5771  *    1GB       3       250MB
5772  *   10GB      10       0.9GB
5773  *  100GB      31         3GB
5774  *    1TB     101        10GB
5775  *   10TB     320        32GB
5776  */
5777 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
5778 {
5779         unsigned int gb, ratio;
5780
5781         /* Zone size in gigabytes */
5782         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
5783         if (gb)
5784                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
5785         else
5786                 ratio = 1;
5787
5788         zone->inactive_ratio = ratio;
5789 }
5790
5791 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
5792 {
5793         struct zone *zone;
5794
5795         for_each_zone(zone)
5796                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
5797 }
5798
5799 /*
5800  * Initialise min_free_kbytes.
5801  *
5802  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5803  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
5804  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5805  *
5806  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5807  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5808  *
5809  * which yields
5810  *
5811  * 16MB:        512k
5812  * 32MB:        724k
5813  * 64MB:        1024k
5814  * 128MB:       1448k
5815  * 256MB:       2048k
5816  * 512MB:       2896k
5817  * 1024MB:      4096k
5818  * 2048MB:      5792k
5819  * 4096MB:      8192k
5820  * 8192MB:      11584k
5821  * 16384MB:     16384k
5822  */
5823 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5824 {
5825         unsigned long lowmem_kbytes;
5826         int new_min_free_kbytes;
5827
5828         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5829         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5830
5831         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
5832                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
5833                 if (min_free_kbytes < 128)
5834                         min_free_kbytes = 128;
5835                 if (min_free_kbytes > 65536)
5836                         min_free_kbytes = 65536;
5837         } else {
5838                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5839                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5840         }
5841         setup_per_zone_wmarks();
5842         refresh_zone_stat_thresholds();
5843         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5844         setup_per_zone_inactive_ratio();
5845         return 0;
5846 }
5847 module_init(init_per_zone_wmark_min)
5848
5849 /*
5850  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5851  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5852  *      changes.
5853  */
5854 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5855         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5856 {
5857         int rc;
5858
5859         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5860         if (rc)
5861                 return rc;
5862
5863         if (write) {
5864                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5865                 setup_per_zone_wmarks();
5866         }
5867         return 0;
5868 }
5869
5870 #ifdef CONFIG_NUMA
5871 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5872         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5873 {
5874         struct zone *zone;
5875         int rc;
5876
5877         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5878         if (rc)
5879                 return rc;
5880
5881         for_each_zone(zone)
5882                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
5883                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5884         return 0;
5885 }
5886
5887 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5888         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5889 {
5890         struct zone *zone;
5891         int rc;
5892
5893         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5894         if (rc)
5895                 return rc;
5896
5897         for_each_zone(zone)
5898                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
5899                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5900         return 0;
5901 }
5902 #endif
5903
5904 /*
5905  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5906  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5907  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5908  *
5909  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5910  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5911  * if in function of the boot time zone sizes.
5912  */
5913 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5914         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5915 {
5916         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5917         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5918         return 0;
5919 }
5920
5921 /*
5922  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5923  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5924  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5925  */
5926 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5927         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5928 {
5929         struct zone *zone;
5930         int old_percpu_pagelist_fraction;
5931         int ret;
5932
5933         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5934         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
5935
5936         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5937         if (!write || ret < 0)
5938                 goto out;
5939
5940         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5941         if (percpu_pagelist_fraction &&
5942             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
5943                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
5944                 ret = -EINVAL;
5945                 goto out;
5946         }
5947
5948         /* No change? */
5949         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
5950                 goto out;
5951
5952         for_each_populated_zone(zone) {
5953                 unsigned int cpu;
5954
5955                 for_each_possible_cpu(cpu)
5956                         pageset_set_high_and_batch(zone,
5957                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
5958         }
5959 out:
5960         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5961         return ret;
5962 }
5963
5964 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
5965
5966 #ifdef CONFIG_NUMA
5967 static int __init set_hashdist(char *str)
5968 {
5969         if (!str)
5970                 return 0;
5971         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
5972         return 1;
5973 }
5974 __setup("hashdist=", set_hashdist);
5975 #endif
5976
5977 /*
5978  * allocate a large system hash table from bootmem
5979  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
5980  *   quantity of entries
5981  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
5982  */
5983 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
5984                                      unsigned long bucketsize,
5985                                      unsigned long numentries,
5986                                      int scale,
5987                                      int flags,
5988                                      unsigned int *_hash_shift,
5989                                      unsigned int *_hash_mask,
5990                                      unsigned long low_limit,
5991                                      unsigned long high_limit)
5992 {
5993         unsigned long long max = high_limit;
5994         unsigned long log2qty, size;
5995         void *table = NULL;
5996
5997         /* allow the kernel cmdline to have a say */
5998         if (!numentries) {
5999                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6000                 numentries = nr_kernel_pages;
6001
6002                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6003                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6004                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6005
6006                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6007                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6008                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6009                 else
6010                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6011
6012                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6013                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6014                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6015                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6016                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6017                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6018                                 BUG_ON(!numentries);
6019                         }
6020                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6021                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6022         }
6023         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6024
6025         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6026         if (max == 0) {
6027                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6028                 do_div(max, bucketsize);
6029         }
6030         max = min(max, 0x80000000ULL);
6031
6032         if (numentries < low_limit)
6033                 numentries = low_limit;
6034         if (numentries > max)
6035                 numentries = max;
6036
6037         log2qty = ilog2(numentries);
6038
6039         do {
6040                 size = bucketsize << log2qty;
6041                 if (flags & HASH_EARLY)
6042                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6043                 else if (hashdist)
6044                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6045                 else {
6046                         /*
6047                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6048                          * some pages at the end of hash table which
6049                          * alloc_pages_exact() automatically does
6050                          */
6051                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6052                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6053                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6054                         }
6055                 }
6056         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6057
6058         if (!table)
6059                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6060
6061         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6062                tablename,
6063                (1UL << log2qty),
6064                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6065                size);
6066
6067         if (_hash_shift)
6068                 *_hash_shift = log2qty;
6069         if (_hash_mask)
6070                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6071
6072         return table;
6073 }
6074
6075 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6076 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6077                                                         unsigned long pfn)
6078 {
6079 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6080         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6081 #else
6082         return zone->pageblock_flags;
6083 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6084 }
6085
6086 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6087 {
6088 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6089         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6090         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6091 #else
6092         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6093         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6094 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6095 }
6096
6097 /**
6098  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6099  * @page: The page within the block of interest
6100  * @pfn: The target page frame number
6101  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6102  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6103  *
6104  * Return: pageblock_bits flags
6105  */
6106 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6107                                         unsigned long end_bitidx,
6108                                         unsigned long mask)
6109 {
6110         struct zone *zone;
6111         unsigned long *bitmap;
6112         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6113         unsigned long word;
6114
6115         zone = page_zone(page);
6116         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6117         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6118         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6119         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6120
6121         word = bitmap[word_bitidx];
6122         bitidx += end_bitidx;
6123         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6124 }
6125
6126 /**
6127  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6128  * @page: The page within the block of interest
6129  * @flags: The flags to set
6130  * @pfn: The target page frame number
6131  * @end_bitidx: The last bit of interest
6132  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6133  */
6134 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6135                                         unsigned long pfn,
6136                                         unsigned long end_bitidx,
6137                                         unsigned long mask)
6138 {
6139         struct zone *zone;
6140         unsigned long *bitmap;
6141         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6142         unsigned long old_word, word;
6143
6144         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6145
6146         zone = page_zone(page);
6147         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6148         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6149         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6150         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6151
6152         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6153
6154         bitidx += end_bitidx;
6155         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6156         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6157
6158         word = ACCESS_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6159         for (;;) {
6160                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6161                 if (word == old_word)
6162                         break;
6163                 word = old_word;
6164         }
6165 }
6166
6167 /*
6168  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6169  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6170  *
6171  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6172  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6173  * expect this function should be exact.
6174  */
6175 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6176                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6177 {
6178         unsigned long pfn, iter, found;
6179         int mt;
6180
6181         /*
6182          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6183          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6184          */
6185         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6186                 return false;
6187         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6188         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6189                 return false;
6190
6191         pfn = page_to_pfn(page);
6192         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6193                 unsigned long check = pfn + iter;
6194
6195                 if (!pfn_valid_within(check))
6196                         continue;
6197
6198                 page = pfn_to_page(check);
6199
6200                 /*
6201                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6202                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6203                  * handle each tail page individually in migration.
6204                  */
6205                 if (PageHuge(page)) {
6206                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6207                         continue;
6208                 }
6209
6210                 /*
6211                  * We can't use page_count without pin a page
6212                  * because another CPU can free compound page.
6213                  * This check already skips compound tails of THP
6214                  * because their page->_count is zero at all time.
6215                  */
6216                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6217                         if (PageBuddy(page))
6218                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6219                         continue;
6220                 }
6221
6222                 /*
6223                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6224                  * page_count() is not 0.
6225                  */
6226                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6227                         continue;
6228
6229                 if (!PageLRU(page))
6230                         found++;
6231                 /*
6232                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check it.
6233                  * But now, memory offline itself doesn't call shrink_slab()
6234                  * and it still to be fixed.
6235                  */
6236                 /*
6237                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6238                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6239                  *
6240                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6241                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6242                  * page at boot.
6243                  */
6244                 if (found > count)
6245                         return true;
6246         }
6247         return false;
6248 }
6249
6250 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6251 {
6252         struct zone *zone;
6253         unsigned long pfn;
6254
6255         /*
6256          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6257          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6258          * the zone but still within the section.
6259          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6260          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6261          */
6262         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6263                 return false;
6264
6265         zone = page_zone(page);
6266         pfn = page_to_pfn(page);
6267         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6268                 return false;
6269
6270         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6271 }
6272
6273 #ifdef CONFIG_CMA
6274
6275 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6276 {
6277         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6278                              pageblock_nr_pages) - 1);
6279 }
6280
6281 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6282 {
6283         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6284                                 pageblock_nr_pages));
6285 }
6286
6287 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6288 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6289                                         unsigned long start, unsigned long end)
6290 {
6291         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6292         unsigned long nr_reclaimed;
6293         unsigned long pfn = start;
6294         unsigned int tries = 0;
6295         int ret = 0;
6296
6297         migrate_prep();
6298
6299         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6300                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6301                         ret = -EINTR;
6302                         break;
6303                 }
6304
6305                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6306                         cc->nr_migratepages = 0;
6307                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6308                         if (!pfn) {
6309                                 ret = -EINTR;
6310                                 break;
6311                         }
6312                         tries = 0;
6313                 } else if (++tries == 5) {
6314                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6315                         break;
6316                 }
6317
6318                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6319                                                         &cc->migratepages);
6320                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6321
6322                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6323                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6324         }
6325         if (ret < 0) {
6326                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6327                 return ret;
6328         }
6329         return 0;
6330 }
6331
6332 /**
6333  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6334  * @start:      start PFN to allocate
6335  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6336  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6337  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6338  *                      in range must have the same migratetype and it must
6339  *                      be either of the two.
6340  *
6341  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6342  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6343  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6344  * pages fall in.
6345  *
6346  * The PFN range must belong to a single zone.
6347  *
6348  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6349  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6350  * need to be freed with free_contig_range().
6351  */
6352 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6353                        unsigned migratetype)
6354 {
6355         unsigned long outer_start, outer_end;
6356         int ret = 0, order;
6357
6358         struct compact_control cc = {
6359                 .nr_migratepages = 0,
6360                 .order = -1,
6361                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6362                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6363                 .ignore_skip_hint = true,
6364         };
6365         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6366
6367         /*
6368          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6369          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6370          * have different sizes, and due to the way page allocator
6371          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6372          * that page allocator won't try to merge buddies from
6373          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6374          * other migration type.
6375          *
6376          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6377          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6378          * we are interested in).  This will put all the pages in
6379          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6380          *
6381          * When this is done, we take the pages in range from page
6382          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6383          * page allocator will never consider using them.
6384          *
6385          * This lets us mark the pageblocks back as
6386          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6387          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6388          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6389          */
6390
6391         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6392                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6393                                        false);
6394         if (ret)
6395                 return ret;
6396
6397         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6398         if (ret)
6399                 goto done;
6400
6401         /*
6402          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6403          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6404          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6405          * What we are going to do is to allocate all pages from
6406          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6407          *
6408          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6409          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6410          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6411          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6412          * once this is done free the pages we are not interested in.
6413          *
6414          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6415          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6416          */
6417
6418         lru_add_drain_all();
6419         drain_all_pages(cc.zone);
6420
6421         order = 0;
6422         outer_start = start;
6423         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6424                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6425                         ret = -EBUSY;
6426                         goto done;
6427                 }
6428                 outer_start &= ~0UL << order;
6429         }
6430
6431         /* Make sure the range is really isolated. */
6432         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6433                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6434                         __func__, outer_start, end);
6435                 ret = -EBUSY;
6436                 goto done;
6437         }
6438
6439         /* Grab isolated pages from freelists. */
6440         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6441         if (!outer_end) {
6442                 ret = -EBUSY;
6443                 goto done;
6444         }
6445
6446         /* Free head and tail (if any) */
6447         if (start != outer_start)
6448                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6449         if (end != outer_end)
6450                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6451
6452 done:
6453         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6454                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6455         return ret;
6456 }
6457
6458 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6459 {
6460         unsigned int count = 0;
6461
6462         for (; nr_pages--; pfn++) {
6463                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6464
6465                 count += page_count(page) != 1;
6466                 __free_page(page);
6467         }
6468         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6469 }
6470 #endif
6471
6472 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6473 /*
6474  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6475  * page high values need to be recalulated.
6476  */
6477 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6478 {
6479         unsigned cpu;
6480         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6481         for_each_possible_cpu(cpu)
6482                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6483                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6484         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6485 }
6486 #endif
6487
6488 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6489 {
6490         unsigned long flags;
6491         int cpu;
6492         struct per_cpu_pageset *pset;
6493
6494         /* avoid races with drain_pages()  */
6495         local_irq_save(flags);
6496         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6497                 for_each_online_cpu(cpu) {
6498                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6499                         drain_zonestat(zone, pset);
6500                 }
6501                 free_percpu(zone->pageset);
6502                 zone->pageset = &boot_pageset;
6503         }
6504         local_irq_restore(flags);
6505 }
6506
6507 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6508 /*
6509  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6510  */
6511 void
6512 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6513 {
6514         struct page *page;
6515         struct zone *zone;
6516         unsigned int order, i;
6517         unsigned long pfn;
6518         unsigned long flags;
6519         /* find the first valid pfn */
6520         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6521                 if (pfn_valid(pfn))
6522                         break;
6523         if (pfn == end_pfn)
6524                 return;
6525         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6526         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6527         pfn = start_pfn;
6528         while (pfn < end_pfn) {
6529                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6530                         pfn++;
6531                         continue;
6532                 }
6533                 page = pfn_to_page(pfn);
6534                 /*
6535                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6536                  * page_count() is not 0.
6537                  */
6538                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6539                         pfn++;
6540                         SetPageReserved(page);
6541                         continue;
6542                 }
6543
6544                 BUG_ON(page_count(page));
6545                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6546                 order = page_order(page);
6547 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6548                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6549                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6550 #endif
6551                 list_del(&page->lru);
6552                 rmv_page_order(page);
6553                 zone->free_area[order].nr_free--;
6554                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6555                         SetPageReserved((page+i));
6556                 pfn += (1 << order);
6557         }
6558         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6559 }
6560 #endif
6561
6562 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6563 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6564 {
6565         struct zone *zone = page_zone(page);
6566         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6567         unsigned long flags;
6568         unsigned int order;
6569
6570         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6571         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6572                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6573
6574                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6575                         break;
6576         }
6577         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6578
6579         return order < MAX_ORDER;
6580 }
6581 #endif