These changes are the raw update to linux-4.4.6-rt14. Kernel sources
[kvmfornfv.git] / kernel / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kmemcheck.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/notifier.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/page_ext.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/locallock.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66
67 #include <asm/sections.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69 #include <asm/div64.h>
70 #include "internal.h"
71
72 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
73 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
74 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
75
76 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
77 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
78 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
79 #endif
80
81 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
82 /*
83  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
84  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
85  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
86  * defined in <linux/topology.h>.
87  */
88 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
89 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
90 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
91 #endif
92
93 /*
94  * Array of node states.
95  */
96 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
97         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
98         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
99 #ifndef CONFIG_NUMA
100         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
101 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
102         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
103 #endif
104 #ifdef CONFIG_MOVABLE_NODE
105         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
106 #endif
107         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
108 #endif  /* NUMA */
109 };
110 EXPORT_SYMBOL(node_states);
111
112 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
113 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
114
115 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
116 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
117 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
118 /*
119  * When calculating the number of globally allowed dirty pages, there
120  * is a certain number of per-zone reserves that should not be
121  * considered dirtyable memory.  This is the sum of those reserves
122  * over all existing zones that contribute dirtyable memory.
123  */
124 unsigned long dirty_balance_reserve __read_mostly;
125
126 int percpu_pagelist_fraction;
127 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
128
129 /*
130  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
131  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
132  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
133  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
134  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
135  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
136  */
137 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
138 {
139         return page->index;
140 }
141
142 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
143 {
144         page->index = migratetype;
145 }
146
147 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
148 /*
149  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
150  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
151  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
152  * they should always be called with pm_mutex held (gfp_allowed_mask also should
153  * only be modified with pm_mutex held, unless the suspend/hibernate code is
154  * guaranteed not to run in parallel with that modification).
155  */
156
157 static gfp_t saved_gfp_mask;
158
159 void pm_restore_gfp_mask(void)
160 {
161         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
162         if (saved_gfp_mask) {
163                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
164                 saved_gfp_mask = 0;
165         }
166 }
167
168 void pm_restrict_gfp_mask(void)
169 {
170         WARN_ON(!mutex_is_locked(&pm_mutex));
171         WARN_ON(saved_gfp_mask);
172         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
173         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
174 }
175
176 bool pm_suspended_storage(void)
177 {
178         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
179                 return false;
180         return true;
181 }
182 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
183
184 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
185 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
186 #endif
187
188 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
189
190 /*
191  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
192  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
193  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
194  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
195  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
196  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
197  *
198  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
199  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
200  */
201 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES-1] = {
202 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
203          256,
204 #endif
205 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
206          256,
207 #endif
208 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
209          32,
210 #endif
211          32,
212 };
213
214 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
215
216 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
217 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
218          "DMA",
219 #endif
220 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
221          "DMA32",
222 #endif
223          "Normal",
224 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
225          "HighMem",
226 #endif
227          "Movable",
228 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
229          "Device",
230 #endif
231 };
232
233 static void free_compound_page(struct page *page);
234 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
235         NULL,
236         free_compound_page,
237 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
238         free_huge_page,
239 #endif
240 };
241
242 int min_free_kbytes = 1024;
243 int user_min_free_kbytes = -1;
244
245 static unsigned long __meminitdata nr_kernel_pages;
246 static unsigned long __meminitdata nr_all_pages;
247 static unsigned long __meminitdata dma_reserve;
248
249 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
250 static unsigned long __meminitdata arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
251 static unsigned long __meminitdata arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES];
252 static unsigned long __initdata required_kernelcore;
253 static unsigned long __initdata required_movablecore;
254 static unsigned long __meminitdata zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES];
255
256 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
257 int movable_zone;
258 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
259 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
260
261 #if MAX_NUMNODES > 1
262 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
263 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
264 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
265 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
266 #endif
267
268 static DEFINE_LOCAL_IRQ_LOCK(pa_lock);
269
270 #ifdef CONFIG_PREEMPT_RT_BASE
271 # define cpu_lock_irqsave(cpu, flags)           \
272         local_lock_irqsave_on(pa_lock, flags, cpu)
273 # define cpu_unlock_irqrestore(cpu, flags)      \
274         local_unlock_irqrestore_on(pa_lock, flags, cpu)
275 #else
276 # define cpu_lock_irqsave(cpu, flags)           local_irq_save(flags)
277 # define cpu_unlock_irqrestore(cpu, flags)      local_irq_restore(flags)
278 #endif
279
280 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
281
282 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
283 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
284 {
285         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
286 }
287
288 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
289 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
290 {
291         if (pfn >= NODE_DATA(early_pfn_to_nid(pfn))->first_deferred_pfn)
292                 return true;
293
294         return false;
295 }
296
297 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
298 {
299         if (pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
300                 return true;
301
302         return false;
303 }
304
305 /*
306  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
307  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
308  */
309 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
310                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
311                                 unsigned long *nr_initialised)
312 {
313         /* Always populate low zones for address-contrained allocations */
314         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
315                 return true;
316
317         /* Initialise at least 2G of the highest zone */
318         (*nr_initialised)++;
319         if (*nr_initialised > (2UL << (30 - PAGE_SHIFT)) &&
320             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
321                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
322                 return false;
323         }
324
325         return true;
326 }
327 #else
328 static inline void reset_deferred_meminit(pg_data_t *pgdat)
329 {
330 }
331
332 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
333 {
334         return false;
335 }
336
337 static inline bool early_page_nid_uninitialised(unsigned long pfn, int nid)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
343                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
344                                 unsigned long *nr_initialised)
345 {
346         return true;
347 }
348 #endif
349
350
351 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
352 {
353         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
354                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
355                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
356
357         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
358                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
359 }
360
361 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
362 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
363 {
364         int ret = 0;
365         unsigned seq;
366         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
367         unsigned long sp, start_pfn;
368
369         do {
370                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
371                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
372                 sp = zone->spanned_pages;
373                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
374                         ret = 1;
375         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
376
377         if (ret)
378                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
379                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
380                         start_pfn, start_pfn + sp);
381
382         return ret;
383 }
384
385 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
386 {
387         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
388                 return 0;
389         if (zone != page_zone(page))
390                 return 0;
391
392         return 1;
393 }
394 /*
395  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
396  */
397 static int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
398 {
399         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
400                 return 1;
401         if (!page_is_consistent(zone, page))
402                 return 1;
403
404         return 0;
405 }
406 #else
407 static inline int bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
408 {
409         return 0;
410 }
411 #endif
412
413 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
414                 unsigned long bad_flags)
415 {
416         static unsigned long resume;
417         static unsigned long nr_shown;
418         static unsigned long nr_unshown;
419
420         /* Don't complain about poisoned pages */
421         if (PageHWPoison(page)) {
422                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
423                 return;
424         }
425
426         /*
427          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
428          * or allow a steady drip of one report per second.
429          */
430         if (nr_shown == 60) {
431                 if (time_before(jiffies, resume)) {
432                         nr_unshown++;
433                         goto out;
434                 }
435                 if (nr_unshown) {
436                         printk(KERN_ALERT
437                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
438                                 nr_unshown);
439                         nr_unshown = 0;
440                 }
441                 nr_shown = 0;
442         }
443         if (nr_shown++ == 0)
444                 resume = jiffies + 60 * HZ;
445
446         printk(KERN_ALERT "BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
447                 current->comm, page_to_pfn(page));
448         dump_page_badflags(page, reason, bad_flags);
449
450         print_modules();
451         dump_stack();
452 out:
453         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
454         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
455         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
456 }
457
458 /*
459  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
460  *
461  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
462  *
463  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
464  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
465  *
466  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
467  * page destructors. See compound_page_dtors.
468  *
469  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
470  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
471  */
472
473 static void free_compound_page(struct page *page)
474 {
475         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
476 }
477
478 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
479 {
480         int i;
481         int nr_pages = 1 << order;
482
483         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
484         set_compound_order(page, order);
485         __SetPageHead(page);
486         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
487                 struct page *p = page + i;
488                 set_page_count(p, 0);
489                 set_compound_head(p, page);
490         }
491 }
492
493 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
494 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
495 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly;
496 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
497
498 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
499 {
500         if (!buf)
501                 return -EINVAL;
502
503         if (strcmp(buf, "on") == 0)
504                 _debug_pagealloc_enabled = true;
505
506         return 0;
507 }
508 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
509
510 static bool need_debug_guardpage(void)
511 {
512         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
513         if (!debug_pagealloc_enabled())
514                 return false;
515
516         return true;
517 }
518
519 static void init_debug_guardpage(void)
520 {
521         if (!debug_pagealloc_enabled())
522                 return;
523
524         _debug_guardpage_enabled = true;
525 }
526
527 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
528         .need = need_debug_guardpage,
529         .init = init_debug_guardpage,
530 };
531
532 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
533 {
534         unsigned long res;
535
536         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
537                 printk(KERN_ERR "Bad debug_guardpage_minorder value\n");
538                 return 0;
539         }
540         _debug_guardpage_minorder = res;
541         printk(KERN_INFO "Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
542         return 0;
543 }
544 __setup("debug_guardpage_minorder=", debug_guardpage_minorder_setup);
545
546 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
547                                 unsigned int order, int migratetype)
548 {
549         struct page_ext *page_ext;
550
551         if (!debug_guardpage_enabled())
552                 return;
553
554         page_ext = lookup_page_ext(page);
555         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
556
557         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
558         set_page_private(page, order);
559         /* Guard pages are not available for any usage */
560         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
561 }
562
563 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
564                                 unsigned int order, int migratetype)
565 {
566         struct page_ext *page_ext;
567
568         if (!debug_guardpage_enabled())
569                 return;
570
571         page_ext = lookup_page_ext(page);
572         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
573
574         set_page_private(page, 0);
575         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
576                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
577 }
578 #else
579 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = { NULL, };
580 static inline void set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
581                                 unsigned int order, int migratetype) {}
582 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
583                                 unsigned int order, int migratetype) {}
584 #endif
585
586 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
587 {
588         set_page_private(page, order);
589         __SetPageBuddy(page);
590 }
591
592 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
593 {
594         __ClearPageBuddy(page);
595         set_page_private(page, 0);
596 }
597
598 /*
599  * This function checks whether a page is free && is the buddy
600  * we can do coalesce a page and its buddy if
601  * (a) the buddy is not in a hole &&
602  * (b) the buddy is in the buddy system &&
603  * (c) a page and its buddy have the same order &&
604  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
605  *
606  * For recording whether a page is in the buddy system, we set ->_mapcount
607  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE.
608  * Setting, clearing, and testing _mapcount PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE is
609  * serialized by zone->lock.
610  *
611  * For recording page's order, we use page_private(page).
612  */
613 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
614                                                         unsigned int order)
615 {
616         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy)))
617                 return 0;
618
619         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
620                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
621                         return 0;
622
623                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
624
625                 return 1;
626         }
627
628         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
629                 /*
630                  * zone check is done late to avoid uselessly
631                  * calculating zone/node ids for pages that could
632                  * never merge.
633                  */
634                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
635                         return 0;
636
637                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
638
639                 return 1;
640         }
641         return 0;
642 }
643
644 /*
645  * Freeing function for a buddy system allocator.
646  *
647  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
648  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
649  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
650  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
651  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
652  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
653  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
654  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
655  * parts of the VM system.
656  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
657  * free pages of length of (1 << order) and marked with _mapcount
658  * PAGE_BUDDY_MAPCOUNT_VALUE. Page's order is recorded in page_private(page)
659  * field.
660  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
661  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
662  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
663  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
664  * triggers coalescing into a block of larger size.
665  *
666  * -- nyc
667  */
668
669 static inline void __free_one_page(struct page *page,
670                 unsigned long pfn,
671                 struct zone *zone, unsigned int order,
672                 int migratetype)
673 {
674         unsigned long page_idx;
675         unsigned long combined_idx;
676         unsigned long uninitialized_var(buddy_idx);
677         struct page *buddy;
678         unsigned int max_order = MAX_ORDER;
679
680         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
681         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
682
683         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
684         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
685                 /*
686                  * We restrict max order of merging to prevent merge
687                  * between freepages on isolate pageblock and normal
688                  * pageblock. Without this, pageblock isolation
689                  * could cause incorrect freepage accounting.
690                  */
691                 max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
692         } else {
693                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
694         }
695
696         page_idx = pfn & ((1 << max_order) - 1);
697
698         VM_BUG_ON_PAGE(page_idx & ((1 << order) - 1), page);
699         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
700
701         while (order < max_order - 1) {
702                 buddy_idx = __find_buddy_index(page_idx, order);
703                 buddy = page + (buddy_idx - page_idx);
704                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
705                         break;
706                 /*
707                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
708                  * merge with it and move up one order.
709                  */
710                 if (page_is_guard(buddy)) {
711                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
712                 } else {
713                         list_del(&buddy->lru);
714                         zone->free_area[order].nr_free--;
715                         rmv_page_order(buddy);
716                 }
717                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
718                 page = page + (combined_idx - page_idx);
719                 page_idx = combined_idx;
720                 order++;
721         }
722         set_page_order(page, order);
723
724         /*
725          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
726          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
727          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
728          * that is happening, add the free page to the tail of the list
729          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
730          * as a higher order page
731          */
732         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(page_to_pfn(buddy))) {
733                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
734                 combined_idx = buddy_idx & page_idx;
735                 higher_page = page + (combined_idx - page_idx);
736                 buddy_idx = __find_buddy_index(combined_idx, order + 1);
737                 higher_buddy = higher_page + (buddy_idx - combined_idx);
738                 if (page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
739                         list_add_tail(&page->lru,
740                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
741                         goto out;
742                 }
743         }
744
745         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
746 out:
747         zone->free_area[order].nr_free++;
748 }
749
750 static inline int free_pages_check(struct page *page)
751 {
752         const char *bad_reason = NULL;
753         unsigned long bad_flags = 0;
754
755         if (unlikely(page_mapcount(page)))
756                 bad_reason = "nonzero mapcount";
757         if (unlikely(page->mapping != NULL))
758                 bad_reason = "non-NULL mapping";
759         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
760                 bad_reason = "nonzero _count";
761         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
762                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
763                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
764         }
765 #ifdef CONFIG_MEMCG
766         if (unlikely(page->mem_cgroup))
767                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
768 #endif
769         if (unlikely(bad_reason)) {
770                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
771                 return 1;
772         }
773         page_cpupid_reset_last(page);
774         if (page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
775                 page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
776         return 0;
777 }
778
779 /*
780  * Frees a number of pages which have been collected from the pcp lists.
781  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
782  * count is the number of pages to free.
783  *
784  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
785  * see if this freeing clears that state.
786  *
787  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
788  * pinned" detection logic.
789  */
790 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
791                                struct list_head *list)
792 {
793         int to_free = count;
794         unsigned long nr_scanned;
795         unsigned long flags;
796
797         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
798
799         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
800         if (nr_scanned)
801                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
802
803         while (!list_empty(list)) {
804                 struct page *page = list_first_entry(list, struct page, lru);
805                 int mt; /* migratetype of the to-be-freed page */
806
807                 /* must delete as __free_one_page list manipulates */
808                 list_del(&page->lru);
809
810                 mt = get_pcppage_migratetype(page);
811                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
812                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
813                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
814                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone)))
815                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
816
817                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
818                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
819                 to_free--;
820         }
821         WARN_ON(to_free != 0);
822         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
823 }
824
825 /*
826  * Moves a number of pages from the PCP lists to free list which
827  * is freed outside of the locked region.
828  *
829  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
830  * count is the number of pages to free.
831  */
832 static void isolate_pcp_pages(int to_free, struct per_cpu_pages *src,
833                               struct list_head *dst)
834 {
835         int migratetype = 0;
836         int batch_free = 0;
837
838         while (to_free) {
839                 struct page *page;
840                 struct list_head *list;
841
842                 /*
843                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
844                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
845                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
846                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
847                  * lists
848                  */
849                 do {
850                         batch_free++;
851                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
852                                 migratetype = 0;
853                         list = &src->lists[migratetype];
854                 } while (list_empty(list));
855
856                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
857                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
858                         batch_free = to_free;
859
860                 do {
861                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
862                         list_del(&page->lru);
863
864                         list_add(&page->lru, dst);
865                 } while (--to_free && --batch_free && !list_empty(list));
866         }
867 }
868
869 static void free_one_page(struct zone *zone,
870                                 struct page *page, unsigned long pfn,
871                                 unsigned int order,
872                                 int migratetype)
873 {
874         unsigned long nr_scanned;
875         unsigned long flags;
876
877         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
878         nr_scanned = zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED);
879         if (nr_scanned)
880                 __mod_zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED, -nr_scanned);
881
882         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
883                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
884                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
885         }
886         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
887         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
888 }
889
890 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
891 {
892         int ret = 1;
893
894         /*
895          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
896          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
897          */
898         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
899
900         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
901                 ret = 0;
902                 goto out;
903         }
904         if (unlikely(!PageTail(page))) {
905                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
906                 goto out;
907         }
908         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
909                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
910                 goto out;
911         }
912         ret = 0;
913 out:
914         clear_compound_head(page);
915         return ret;
916 }
917
918 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
919                                 unsigned long zone, int nid)
920 {
921         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
922         init_page_count(page);
923         page_mapcount_reset(page);
924         page_cpupid_reset_last(page);
925
926         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
927 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
928         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
929         if (!is_highmem_idx(zone))
930                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
931 #endif
932 }
933
934 static void __meminit __init_single_pfn(unsigned long pfn, unsigned long zone,
935                                         int nid)
936 {
937         return __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, nid);
938 }
939
940 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
941 static void init_reserved_page(unsigned long pfn)
942 {
943         pg_data_t *pgdat;
944         int nid, zid;
945
946         if (!early_page_uninitialised(pfn))
947                 return;
948
949         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
950         pgdat = NODE_DATA(nid);
951
952         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
953                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
954
955                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
956                         break;
957         }
958         __init_single_pfn(pfn, zid, nid);
959 }
960 #else
961 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
962 {
963 }
964 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
965
966 /*
967  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
968  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
969  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
970  * sent to the buddy page allocator.
971  */
972 void __meminit reserve_bootmem_region(unsigned long start, unsigned long end)
973 {
974         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
975         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
976
977         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
978                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
979                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
980
981                         init_reserved_page(start_pfn);
982
983                         /* Avoid false-positive PageTail() */
984                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
985
986                         SetPageReserved(page);
987                 }
988         }
989 }
990
991 static bool free_pages_prepare(struct page *page, unsigned int order)
992 {
993         bool compound = PageCompound(page);
994         int i, bad = 0;
995
996         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
997         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
998
999         trace_mm_page_free(page, order);
1000         kmemcheck_free_shadow(page, order);
1001         kasan_free_pages(page, order);
1002
1003         if (PageAnon(page))
1004                 page->mapping = NULL;
1005         bad += free_pages_check(page);
1006         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1007                 if (compound)
1008                         bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1009                 bad += free_pages_check(page + i);
1010         }
1011         if (bad)
1012                 return false;
1013
1014         reset_page_owner(page, order);
1015
1016         if (!PageHighMem(page)) {
1017                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1018                                            PAGE_SIZE << order);
1019                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1020                                            PAGE_SIZE << order);
1021         }
1022         arch_free_page(page, order);
1023         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1024
1025         return true;
1026 }
1027
1028 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1029 {
1030         unsigned long flags;
1031         int migratetype;
1032         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1033
1034         if (!free_pages_prepare(page, order))
1035                 return;
1036
1037         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1038         local_lock_irqsave(pa_lock, flags);
1039         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1040         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1041         local_unlock_irqrestore(pa_lock, flags);
1042 }
1043
1044 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page,
1045                                         unsigned long pfn, unsigned int order)
1046 {
1047         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1048         struct page *p = page;
1049         unsigned int loop;
1050
1051         prefetchw(p);
1052         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1053                 prefetchw(p + 1);
1054                 __ClearPageReserved(p);
1055                 set_page_count(p, 0);
1056         }
1057         __ClearPageReserved(p);
1058         set_page_count(p, 0);
1059
1060         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1061         set_page_refcounted(page);
1062         __free_pages(page, order);
1063 }
1064
1065 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1066         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1067
1068 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1069
1070 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1071 {
1072         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1073         int nid;
1074
1075         spin_lock(&early_pfn_lock);
1076         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1077         if (nid < 0)
1078                 nid = 0;
1079         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1080
1081         return nid;
1082 }
1083 #endif
1084
1085 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1086 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1087                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1088 {
1089         int nid;
1090
1091         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1092         if (nid >= 0 && nid != node)
1093                 return false;
1094         return true;
1095 }
1096
1097 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1098 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1099 {
1100         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1101 }
1102
1103 #else
1104
1105 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1106 {
1107         return true;
1108 }
1109 static inline bool __meminit meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1110                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1111 {
1112         return true;
1113 }
1114 #endif
1115
1116
1117 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1118                                                         unsigned int order)
1119 {
1120         if (early_page_uninitialised(pfn))
1121                 return;
1122         return __free_pages_boot_core(page, pfn, order);
1123 }
1124
1125 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1126 static void __init deferred_free_range(struct page *page,
1127                                         unsigned long pfn, int nr_pages)
1128 {
1129         int i;
1130
1131         if (!page)
1132                 return;
1133
1134         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1135         if (nr_pages == MAX_ORDER_NR_PAGES &&
1136             (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES-1)) == 0) {
1137                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1138                 __free_pages_boot_core(page, pfn, MAX_ORDER-1);
1139                 return;
1140         }
1141
1142         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++)
1143                 __free_pages_boot_core(page, pfn, 0);
1144 }
1145
1146 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1147 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1148 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1149
1150 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1151 {
1152         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1153                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1154 }
1155
1156 /* Initialise remaining memory on a node */
1157 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1158 {
1159         pg_data_t *pgdat = data;
1160         int nid = pgdat->node_id;
1161         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1162         unsigned long start = jiffies;
1163         unsigned long nr_pages = 0;
1164         unsigned long walk_start, walk_end;
1165         int i, zid;
1166         struct zone *zone;
1167         unsigned long first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1168         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1169
1170         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1171                 pgdat_init_report_one_done();
1172                 return 0;
1173         }
1174
1175         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1176         if (!cpumask_empty(cpumask))
1177                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1178
1179         /* Sanity check boundaries */
1180         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1181         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1182         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1183
1184         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1185         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1186                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1187                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1188                         break;
1189         }
1190
1191         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &walk_start, &walk_end, NULL) {
1192                 unsigned long pfn, end_pfn;
1193                 struct page *page = NULL;
1194                 struct page *free_base_page = NULL;
1195                 unsigned long free_base_pfn = 0;
1196                 int nr_to_free = 0;
1197
1198                 end_pfn = min(walk_end, zone_end_pfn(zone));
1199                 pfn = first_init_pfn;
1200                 if (pfn < walk_start)
1201                         pfn = walk_start;
1202                 if (pfn < zone->zone_start_pfn)
1203                         pfn = zone->zone_start_pfn;
1204
1205                 for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1206                         if (!pfn_valid_within(pfn))
1207                                 goto free_range;
1208
1209                         /*
1210                          * Ensure pfn_valid is checked every
1211                          * MAX_ORDER_NR_PAGES for memory holes
1212                          */
1213                         if ((pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) == 0) {
1214                                 if (!pfn_valid(pfn)) {
1215                                         page = NULL;
1216                                         goto free_range;
1217                                 }
1218                         }
1219
1220                         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, &nid_init_state)) {
1221                                 page = NULL;
1222                                 goto free_range;
1223                         }
1224
1225                         /* Minimise pfn page lookups and scheduler checks */
1226                         if (page && (pfn & (MAX_ORDER_NR_PAGES - 1)) != 0) {
1227                                 page++;
1228                         } else {
1229                                 nr_pages += nr_to_free;
1230                                 deferred_free_range(free_base_page,
1231                                                 free_base_pfn, nr_to_free);
1232                                 free_base_page = NULL;
1233                                 free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1234
1235                                 page = pfn_to_page(pfn);
1236                                 cond_resched();
1237                         }
1238
1239                         if (page->flags) {
1240                                 VM_BUG_ON(page_zone(page) != zone);
1241                                 goto free_range;
1242                         }
1243
1244                         __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1245                         if (!free_base_page) {
1246                                 free_base_page = page;
1247                                 free_base_pfn = pfn;
1248                                 nr_to_free = 0;
1249                         }
1250                         nr_to_free++;
1251
1252                         /* Where possible, batch up pages for a single free */
1253                         continue;
1254 free_range:
1255                         /* Free the current block of pages to allocator */
1256                         nr_pages += nr_to_free;
1257                         deferred_free_range(free_base_page, free_base_pfn,
1258                                                                 nr_to_free);
1259                         free_base_page = NULL;
1260                         free_base_pfn = nr_to_free = 0;
1261                 }
1262
1263                 first_init_pfn = max(end_pfn, first_init_pfn);
1264         }
1265
1266         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1267         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1268
1269         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1270                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1271
1272         pgdat_init_report_one_done();
1273         return 0;
1274 }
1275
1276 void __init page_alloc_init_late(void)
1277 {
1278         int nid;
1279
1280         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1281         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1282         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1283                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1284         }
1285
1286         /* Block until all are initialised */
1287         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1288
1289         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1290         files_maxfiles_init();
1291 }
1292 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1293
1294 #ifdef CONFIG_CMA
1295 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1296 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1297 {
1298         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1299         struct page *p = page;
1300
1301         do {
1302                 __ClearPageReserved(p);
1303                 set_page_count(p, 0);
1304         } while (++p, --i);
1305
1306         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1307
1308         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1309                 i = pageblock_nr_pages;
1310                 p = page;
1311                 do {
1312                         set_page_refcounted(p);
1313                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1314                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1315                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1316         } else {
1317                 set_page_refcounted(page);
1318                 __free_pages(page, pageblock_order);
1319         }
1320
1321         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1322 }
1323 #endif
1324
1325 /*
1326  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1327  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1328  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1329  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1330  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1331  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1332  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1333  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1334  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1335  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1336  *
1337  * -- nyc
1338  */
1339 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1340         int low, int high, struct free_area *area,
1341         int migratetype)
1342 {
1343         unsigned long size = 1 << high;
1344
1345         while (high > low) {
1346                 area--;
1347                 high--;
1348                 size >>= 1;
1349                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1350
1351                 if (IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC) &&
1352                         debug_guardpage_enabled() &&
1353                         high < debug_guardpage_minorder()) {
1354                         /*
1355                          * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1356                          * merge back to allocator when buddy will be freed.
1357                          * Corresponding page table entries will not be touched,
1358                          * pages will stay not present in virtual address space
1359                          */
1360                         set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype);
1361                         continue;
1362                 }
1363                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1364                 area->nr_free++;
1365                 set_page_order(&page[size], high);
1366         }
1367 }
1368
1369 /*
1370  * This page is about to be returned from the page allocator
1371  */
1372 static inline int check_new_page(struct page *page)
1373 {
1374         const char *bad_reason = NULL;
1375         unsigned long bad_flags = 0;
1376
1377         if (unlikely(page_mapcount(page)))
1378                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1379         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1380                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1381         if (unlikely(atomic_read(&page->_count) != 0))
1382                 bad_reason = "nonzero _count";
1383         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1384                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1385                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1386         }
1387         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1388                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1389                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1390         }
1391 #ifdef CONFIG_MEMCG
1392         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1393                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1394 #endif
1395         if (unlikely(bad_reason)) {
1396                 bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1397                 return 1;
1398         }
1399         return 0;
1400 }
1401
1402 static int prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1403                                                                 int alloc_flags)
1404 {
1405         int i;
1406
1407         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1408                 struct page *p = page + i;
1409                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1410                         return 1;
1411         }
1412
1413         set_page_private(page, 0);
1414         set_page_refcounted(page);
1415
1416         arch_alloc_page(page, order);
1417         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1418         kasan_alloc_pages(page, order);
1419
1420         if (gfp_flags & __GFP_ZERO)
1421                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1422                         clear_highpage(page + i);
1423
1424         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1425                 prep_compound_page(page, order);
1426
1427         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1428
1429         /*
1430          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1431          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1432          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1433          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1434          */
1435         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1436                 set_page_pfmemalloc(page);
1437         else
1438                 clear_page_pfmemalloc(page);
1439
1440         return 0;
1441 }
1442
1443 /*
1444  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1445  * the smallest available page from the freelists
1446  */
1447 static inline
1448 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1449                                                 int migratetype)
1450 {
1451         unsigned int current_order;
1452         struct free_area *area;
1453         struct page *page;
1454
1455         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1456         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1457                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1458                 if (list_empty(&area->free_list[migratetype]))
1459                         continue;
1460
1461                 page = list_entry(area->free_list[migratetype].next,
1462                                                         struct page, lru);
1463                 list_del(&page->lru);
1464                 rmv_page_order(page);
1465                 area->nr_free--;
1466                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1467                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1468                 return page;
1469         }
1470
1471         return NULL;
1472 }
1473
1474
1475 /*
1476  * This array describes the order lists are fallen back to when
1477  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1478  */
1479 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1480         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1481         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1482         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1483 #ifdef CONFIG_CMA
1484         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1485 #endif
1486 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1487         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1488 #endif
1489 };
1490
1491 #ifdef CONFIG_CMA
1492 static struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1493                                         unsigned int order)
1494 {
1495         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1496 }
1497 #else
1498 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1499                                         unsigned int order) { return NULL; }
1500 #endif
1501
1502 /*
1503  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1504  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1505  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1506  */
1507 int move_freepages(struct zone *zone,
1508                           struct page *start_page, struct page *end_page,
1509                           int migratetype)
1510 {
1511         struct page *page;
1512         unsigned int order;
1513         int pages_moved = 0;
1514
1515 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
1516         /*
1517          * page_zone is not safe to call in this context when
1518          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
1519          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
1520          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
1521          * grouping pages by mobility
1522          */
1523         VM_BUG_ON(page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
1524 #endif
1525
1526         for (page = start_page; page <= end_page;) {
1527                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1528                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1529
1530                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
1531                         page++;
1532                         continue;
1533                 }
1534
1535                 if (!PageBuddy(page)) {
1536                         page++;
1537                         continue;
1538                 }
1539
1540                 order = page_order(page);
1541                 list_move(&page->lru,
1542                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
1543                 page += 1 << order;
1544                 pages_moved += 1 << order;
1545         }
1546
1547         return pages_moved;
1548 }
1549
1550 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1551                                 int migratetype)
1552 {
1553         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1554         struct page *start_page, *end_page;
1555
1556         start_pfn = page_to_pfn(page);
1557         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
1558         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
1559         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
1560         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
1561
1562         /* Do not cross zone boundaries */
1563         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1564                 start_page = page;
1565         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1566                 return 0;
1567
1568         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype);
1569 }
1570
1571 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1572                                         int start_order, int migratetype)
1573 {
1574         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1575
1576         while (nr_pageblocks--) {
1577                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1578                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1579         }
1580 }
1581
1582 /*
1583  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1584  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1585  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1586  *
1587  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1588  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1589  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1590  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1591  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1592  * pageblocks.
1593  */
1594 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1595 {
1596         /*
1597          * Leaving this order check is intended, although there is
1598          * relaxed order check in next check. The reason is that
1599          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1600          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1601          * so could be changed anytime.
1602          */
1603         if (order >= pageblock_order)
1604                 return true;
1605
1606         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1607                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1608                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1609                 page_group_by_mobility_disabled)
1610                 return true;
1611
1612         return false;
1613 }
1614
1615 /*
1616  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1617  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1618  * pageblock and check whether half of pages are moved or not. If half of
1619  * pages are moved, we can change migratetype of pageblock and permanently
1620  * use it's pages as requested migratetype in the future.
1621  */
1622 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1623                                                           int start_type)
1624 {
1625         unsigned int current_order = page_order(page);
1626         int pages;
1627
1628         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1629         if (current_order >= pageblock_order) {
1630                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1631                 return;
1632         }
1633
1634         pages = move_freepages_block(zone, page, start_type);
1635
1636         /* Claim the whole block if over half of it is free */
1637         if (pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1638                         page_group_by_mobility_disabled)
1639                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1640 }
1641
1642 /*
1643  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1644  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1645  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1646  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1647  */
1648 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1649                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1650 {
1651         int i;
1652         int fallback_mt;
1653
1654         if (area->nr_free == 0)
1655                 return -1;
1656
1657         *can_steal = false;
1658         for (i = 0;; i++) {
1659                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1660                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
1661                         break;
1662
1663                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
1664                         continue;
1665
1666                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1667                         *can_steal = true;
1668
1669                 if (!only_stealable)
1670                         return fallback_mt;
1671
1672                 if (*can_steal)
1673                         return fallback_mt;
1674         }
1675
1676         return -1;
1677 }
1678
1679 /*
1680  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1681  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1682  */
1683 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1684                                 unsigned int alloc_order)
1685 {
1686         int mt;
1687         unsigned long max_managed, flags;
1688
1689         /*
1690          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1691          * Check is race-prone but harmless.
1692          */
1693         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
1694         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1695                 return;
1696
1697         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1698
1699         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1700         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1701                 goto out_unlock;
1702
1703         /* Yoink! */
1704         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1705         if (mt != MIGRATE_HIGHATOMIC &&
1706                         !is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)) {
1707                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1708                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1709                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1710         }
1711
1712 out_unlock:
1713         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1714 }
1715
1716 /*
1717  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1718  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1719  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1720  * to recover from than an OOM.
1721  */
1722 static void unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac)
1723 {
1724         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1725         unsigned long flags;
1726         struct zoneref *z;
1727         struct zone *zone;
1728         struct page *page;
1729         int order;
1730
1731         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
1732                                                                 ac->nodemask) {
1733                 /* Preserve at least one pageblock */
1734                 if (zone->nr_reserved_highatomic <= pageblock_nr_pages)
1735                         continue;
1736
1737                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1738                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
1739                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1740
1741                         if (list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
1742                                 continue;
1743
1744                         page = list_entry(area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC].next,
1745                                                 struct page, lru);
1746
1747                         /*
1748                          * It should never happen but changes to locking could
1749                          * inadvertently allow a per-cpu drain to add pages
1750                          * to MIGRATE_HIGHATOMIC while unreserving so be safe
1751                          * and watch for underflows.
1752                          */
1753                         zone->nr_reserved_highatomic -= min(pageblock_nr_pages,
1754                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1755
1756                         /*
1757                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1758                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1759                          * is doing the work and needs the pages. More
1760                          * importantly, if the block was always converted to
1761                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1762                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1763                          * may increase.
1764                          */
1765                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1766                         move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype);
1767                         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1768                         return;
1769                 }
1770                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1771         }
1772 }
1773
1774 /* Remove an element from the buddy allocator from the fallback list */
1775 static inline struct page *
1776 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, unsigned int order, int start_migratetype)
1777 {
1778         struct free_area *area;
1779         unsigned int current_order;
1780         struct page *page;
1781         int fallback_mt;
1782         bool can_steal;
1783
1784         /* Find the largest possible block of pages in the other list */
1785         for (current_order = MAX_ORDER-1;
1786                                 current_order >= order && current_order <= MAX_ORDER-1;
1787                                 --current_order) {
1788                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1789                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
1790                                 start_migratetype, false, &can_steal);
1791                 if (fallback_mt == -1)
1792                         continue;
1793
1794                 page = list_entry(area->free_list[fallback_mt].next,
1795                                                 struct page, lru);
1796                 if (can_steal)
1797                         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype);
1798
1799                 /* Remove the page from the freelists */
1800                 area->nr_free--;
1801                 list_del(&page->lru);
1802                 rmv_page_order(page);
1803
1804                 expand(zone, page, order, current_order, area,
1805                                         start_migratetype);
1806                 /*
1807                  * The pcppage_migratetype may differ from pageblock's
1808                  * migratetype depending on the decisions in
1809                  * find_suitable_fallback(). This is OK as long as it does not
1810                  * differ for MIGRATE_CMA pageblocks. Those can be used as
1811                  * fallback only via special __rmqueue_cma_fallback() function
1812                  */
1813                 set_pcppage_migratetype(page, start_migratetype);
1814
1815                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
1816                         start_migratetype, fallback_mt);
1817
1818                 return page;
1819         }
1820
1821         return NULL;
1822 }
1823
1824 /*
1825  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
1826  * Call me with the zone->lock already held.
1827  */
1828 static struct page *__rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order,
1829                                 int migratetype, gfp_t gfp_flags)
1830 {
1831         struct page *page;
1832
1833         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
1834         if (unlikely(!page)) {
1835                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
1836                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
1837
1838                 if (!page)
1839                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype);
1840         }
1841
1842         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
1843         return page;
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
1848  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
1849  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
1850  */
1851 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
1852                         unsigned long count, struct list_head *list,
1853                         int migratetype, bool cold)
1854 {
1855         int i;
1856
1857         spin_lock(&zone->lock);
1858         for (i = 0; i < count; ++i) {
1859                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype, 0);
1860                 if (unlikely(page == NULL))
1861                         break;
1862
1863                 /*
1864                  * Split buddy pages returned by expand() are received here
1865                  * in physical page order. The page is added to the callers and
1866                  * list and the list head then moves forward. From the callers
1867                  * perspective, the linked list is ordered by page number in
1868                  * some conditions. This is useful for IO devices that can
1869                  * merge IO requests if the physical pages are ordered
1870                  * properly.
1871                  */
1872                 if (likely(!cold))
1873                         list_add(&page->lru, list);
1874                 else
1875                         list_add_tail(&page->lru, list);
1876                 list = &page->lru;
1877                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
1878                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
1879                                               -(1 << order));
1880         }
1881         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
1882         spin_unlock(&zone->lock);
1883         return i;
1884 }
1885
1886 #ifdef CONFIG_NUMA
1887 /*
1888  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
1889  * currently executing processor on remote nodes after they have
1890  * expired.
1891  *
1892  * Note that this function must be called with the thread pinned to
1893  * a single processor.
1894  */
1895 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
1896 {
1897         unsigned long flags;
1898         LIST_HEAD(dst);
1899         int to_drain, batch;
1900
1901         local_lock_irqsave(pa_lock, flags);
1902         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
1903         to_drain = min(pcp->count, batch);
1904         if (to_drain > 0) {
1905                 isolate_pcp_pages(to_drain, pcp, &dst);
1906                 pcp->count -= to_drain;
1907         }
1908         local_unlock_irqrestore(pa_lock, flags);
1909         free_pcppages_bulk(zone, to_drain, &dst);
1910 }
1911 #endif
1912
1913 /*
1914  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
1915  *
1916  * The processor must either be the current processor and the
1917  * thread pinned to the current processor or a processor that
1918  * is not online.
1919  */
1920 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
1921 {
1922         unsigned long flags;
1923         struct per_cpu_pageset *pset;
1924         struct per_cpu_pages *pcp;
1925         LIST_HEAD(dst);
1926         int count;
1927
1928         cpu_lock_irqsave(cpu, flags);
1929         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
1930
1931         pcp = &pset->pcp;
1932         count = pcp->count;
1933         if (count) {
1934                 isolate_pcp_pages(count, pcp, &dst);
1935                 pcp->count = 0;
1936         }
1937         cpu_unlock_irqrestore(cpu, flags);
1938         if (count)
1939                 free_pcppages_bulk(zone, count, &dst);
1940 }
1941
1942 /*
1943  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
1944  *
1945  * The processor must either be the current processor and the
1946  * thread pinned to the current processor or a processor that
1947  * is not online.
1948  */
1949 static void drain_pages(unsigned int cpu)
1950 {
1951         struct zone *zone;
1952
1953         for_each_populated_zone(zone) {
1954                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1955         }
1956 }
1957
1958 /*
1959  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
1960  *
1961  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
1962  * the single zone's pages.
1963  */
1964 void drain_local_pages(struct zone *zone)
1965 {
1966         int cpu = smp_processor_id();
1967
1968         if (zone)
1969                 drain_pages_zone(cpu, zone);
1970         else
1971                 drain_pages(cpu);
1972 }
1973
1974 /*
1975  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
1976  *
1977  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
1978  *
1979  * Note that this code is protected against sending an IPI to an offline
1980  * CPU but does not guarantee sending an IPI to newly hotplugged CPUs:
1981  * on_each_cpu_mask() blocks hotplug and won't talk to offlined CPUs but
1982  * nothing keeps CPUs from showing up after we populated the cpumask and
1983  * before the call to on_each_cpu_mask().
1984  */
1985 void drain_all_pages(struct zone *zone)
1986 {
1987         int cpu;
1988
1989         /*
1990          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
1991          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
1992          */
1993         static cpumask_t cpus_with_pcps;
1994
1995         /*
1996          * We don't care about racing with CPU hotplug event
1997          * as offline notification will cause the notified
1998          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
1999          * disables preemption as part of its processing
2000          */
2001         for_each_online_cpu(cpu) {
2002                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2003                 struct zone *z;
2004                 bool has_pcps = false;
2005
2006                 if (zone) {
2007                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2008                         if (pcp->pcp.count)
2009                                 has_pcps = true;
2010                 } else {
2011                         for_each_populated_zone(z) {
2012                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2013                                 if (pcp->pcp.count) {
2014                                         has_pcps = true;
2015                                         break;
2016                                 }
2017                         }
2018                 }
2019
2020                 if (has_pcps)
2021                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2022                 else
2023                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2024         }
2025 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT_BASE
2026         on_each_cpu_mask(&cpus_with_pcps, (smp_call_func_t) drain_local_pages,
2027                                                                 zone, 1);
2028 #else
2029         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2030                 if (zone)
2031                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2032                 else
2033                         drain_pages(cpu);
2034         }
2035 #endif
2036 }
2037
2038 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2039
2040 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2041 {
2042         unsigned long pfn, max_zone_pfn;
2043         unsigned long flags;
2044         unsigned int order, t;
2045         struct list_head *curr;
2046
2047         if (zone_is_empty(zone))
2048                 return;
2049
2050         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2051
2052         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2053         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2054                 if (pfn_valid(pfn)) {
2055                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
2056
2057                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2058                                 swsusp_unset_page_free(page);
2059                 }
2060
2061         for_each_migratetype_order(order, t) {
2062                 list_for_each(curr, &zone->free_area[order].free_list[t]) {
2063                         unsigned long i;
2064
2065                         pfn = page_to_pfn(list_entry(curr, struct page, lru));
2066                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++)
2067                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2068                 }
2069         }
2070         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2071 }
2072 #endif /* CONFIG_PM */
2073
2074 /*
2075  * Free a 0-order page
2076  * cold == true ? free a cold page : free a hot page
2077  */
2078 void free_hot_cold_page(struct page *page, bool cold)
2079 {
2080         struct zone *zone = page_zone(page);
2081         struct per_cpu_pages *pcp;
2082         unsigned long flags;
2083         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2084         int migratetype;
2085
2086         if (!free_pages_prepare(page, 0))
2087                 return;
2088
2089         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2090         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2091         local_lock_irqsave(pa_lock, flags);
2092         __count_vm_event(PGFREE);
2093
2094         /*
2095          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2096          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2097          * offlined but treat RESERVE as movable pages so we can get those
2098          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2099          * excessively into the page allocator
2100          */
2101         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2102                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2103                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2104                         goto out;
2105                 }
2106                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2107         }
2108
2109         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2110         if (!cold)
2111                 list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2112         else
2113                 list_add_tail(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2114         pcp->count++;
2115         if (pcp->count >= pcp->high) {
2116                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2117                 LIST_HEAD(dst);
2118
2119                 isolate_pcp_pages(batch, pcp, &dst);
2120                 pcp->count -= batch;
2121                 local_unlock_irqrestore(pa_lock, flags);
2122                 free_pcppages_bulk(zone, batch, &dst);
2123                 return;
2124         }
2125
2126 out:
2127         local_unlock_irqrestore(pa_lock, flags);
2128 }
2129
2130 /*
2131  * Free a list of 0-order pages
2132  */
2133 void free_hot_cold_page_list(struct list_head *list, bool cold)
2134 {
2135         struct page *page, *next;
2136
2137         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2138                 trace_mm_page_free_batched(page, cold);
2139                 free_hot_cold_page(page, cold);
2140         }
2141 }
2142
2143 /*
2144  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2145  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2146  * Each sub-page must be freed individually.
2147  *
2148  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2149  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2150  */
2151 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2152 {
2153         int i;
2154         gfp_t gfp_mask;
2155
2156         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2157         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2158
2159 #ifdef CONFIG_KMEMCHECK
2160         /*
2161          * Split shadow pages too, because free(page[0]) would
2162          * otherwise free the whole shadow.
2163          */
2164         if (kmemcheck_page_is_tracked(page))
2165                 split_page(virt_to_page(page[0].shadow), order);
2166 #endif
2167
2168         gfp_mask = get_page_owner_gfp(page);
2169         set_page_owner(page, 0, gfp_mask);
2170         for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
2171                 set_page_refcounted(page + i);
2172                 set_page_owner(page + i, 0, gfp_mask);
2173         }
2174 }
2175 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2176
2177 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2178 {
2179         unsigned long watermark;
2180         struct zone *zone;
2181         int mt;
2182
2183         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2184
2185         zone = page_zone(page);
2186         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2187
2188         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2189                 /* Obey watermarks as if the page was being allocated */
2190                 watermark = low_wmark_pages(zone) + (1 << order);
2191                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, 0))
2192                         return 0;
2193
2194                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2195         }
2196
2197         /* Remove page from free list */
2198         list_del(&page->lru);
2199         zone->free_area[order].nr_free--;
2200         rmv_page_order(page);
2201
2202         set_page_owner(page, order, __GFP_MOVABLE);
2203
2204         /* Set the pageblock if the isolated page is at least a pageblock */
2205         if (order >= pageblock_order - 1) {
2206                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2207                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2208                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2209                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt))
2210                                 set_pageblock_migratetype(page,
2211                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2212                 }
2213         }
2214
2215
2216         return 1UL << order;
2217 }
2218
2219 /*
2220  * Similar to split_page except the page is already free. As this is only
2221  * being used for migration, the migratetype of the block also changes.
2222  * As this is called with interrupts disabled, the caller is responsible
2223  * for calling arch_alloc_page() and kernel_map_page() after interrupts
2224  * are enabled.
2225  *
2226  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2227  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2228  */
2229 int split_free_page(struct page *page)
2230 {
2231         unsigned int order;
2232         int nr_pages;
2233
2234         order = page_order(page);
2235
2236         nr_pages = __isolate_free_page(page, order);
2237         if (!nr_pages)
2238                 return 0;
2239
2240         /* Split into individual pages */
2241         set_page_refcounted(page);
2242         split_page(page, order);
2243         return nr_pages;
2244 }
2245
2246 /*
2247  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2248  */
2249 static inline
2250 struct page *buffered_rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2251                         struct zone *zone, unsigned int order,
2252                         gfp_t gfp_flags, int alloc_flags, int migratetype)
2253 {
2254         unsigned long flags;
2255         struct page *page;
2256         bool cold = ((gfp_flags & __GFP_COLD) != 0);
2257
2258         if (likely(order == 0)) {
2259                 struct per_cpu_pages *pcp;
2260                 struct list_head *list;
2261
2262                 local_lock_irqsave(pa_lock, flags);
2263                 pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2264                 list = &pcp->lists[migratetype];
2265                 if (list_empty(list)) {
2266                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2267                                         pcp->batch, list,
2268                                         migratetype, cold);
2269                         if (unlikely(list_empty(list)))
2270                                 goto failed;
2271                 }
2272
2273                 if (cold)
2274                         page = list_entry(list->prev, struct page, lru);
2275                 else
2276                         page = list_entry(list->next, struct page, lru);
2277
2278                 list_del(&page->lru);
2279                 pcp->count--;
2280         } else {
2281                 if (unlikely(gfp_flags & __GFP_NOFAIL)) {
2282                         /*
2283                          * __GFP_NOFAIL is not to be used in new code.
2284                          *
2285                          * All __GFP_NOFAIL callers should be fixed so that they
2286                          * properly detect and handle allocation failures.
2287                          *
2288                          * We most definitely don't want callers attempting to
2289                          * allocate greater than order-1 page units with
2290                          * __GFP_NOFAIL.
2291                          */
2292                         WARN_ON_ONCE(order > 1);
2293                 }
2294                 local_spin_lock_irqsave(pa_lock, &zone->lock, flags);
2295
2296                 page = NULL;
2297                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2298                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2299                         if (page)
2300                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2301                 }
2302                 if (!page)
2303                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, gfp_flags);
2304                 if (!page) {
2305                         spin_unlock(&zone->lock);
2306                         goto failed;
2307                 }
2308                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2309                                           get_pcppage_migratetype(page));
2310                 spin_unlock(&zone->lock);
2311         }
2312
2313         __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, -(1 << order));
2314         if (atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]) <= 0 &&
2315             !test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags))
2316                 set_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2317
2318         __count_zone_vm_events(PGALLOC, zone, 1 << order);
2319         zone_statistics(preferred_zone, zone, gfp_flags);
2320         local_unlock_irqrestore(pa_lock, flags);
2321
2322         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
2323         return page;
2324
2325 failed:
2326         local_unlock_irqrestore(pa_lock, flags);
2327         return NULL;
2328 }
2329
2330 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
2331
2332 static struct {
2333         struct fault_attr attr;
2334
2335         bool ignore_gfp_highmem;
2336         bool ignore_gfp_reclaim;
2337         u32 min_order;
2338 } fail_page_alloc = {
2339         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
2340         .ignore_gfp_reclaim = true,
2341         .ignore_gfp_highmem = true,
2342         .min_order = 1,
2343 };
2344
2345 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
2346 {
2347         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
2348 }
2349 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
2350
2351 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2352 {
2353         if (order < fail_page_alloc.min_order)
2354                 return false;
2355         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2356                 return false;
2357         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
2358                 return false;
2359         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
2360                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2361                 return false;
2362
2363         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
2364 }
2365
2366 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
2367
2368 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
2369 {
2370         umode_t mode = S_IFREG | S_IRUSR | S_IWUSR;
2371         struct dentry *dir;
2372
2373         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
2374                                         &fail_page_alloc.attr);
2375         if (IS_ERR(dir))
2376                 return PTR_ERR(dir);
2377
2378         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
2379                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
2380                 goto fail;
2381         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
2382                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
2383                 goto fail;
2384         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
2385                                 &fail_page_alloc.min_order))
2386                 goto fail;
2387
2388         return 0;
2389 fail:
2390         debugfs_remove_recursive(dir);
2391
2392         return -ENOMEM;
2393 }
2394
2395 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
2396
2397 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
2398
2399 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2400
2401 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2402 {
2403         return false;
2404 }
2405
2406 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
2407
2408 /*
2409  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2410  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2411  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2412  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2413  */
2414 static bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
2415                         unsigned long mark, int classzone_idx, int alloc_flags,
2416                         long free_pages)
2417 {
2418         long min = mark;
2419         int o;
2420         const int alloc_harder = (alloc_flags & ALLOC_HARDER);
2421
2422         /* free_pages may go negative - that's OK */
2423         free_pages -= (1 << order) - 1;
2424
2425         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
2426                 min -= min / 2;
2427
2428         /*
2429          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
2430          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
2431          * atomic reserve but it avoids a search.
2432          */
2433         if (likely(!alloc_harder))
2434                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
2435         else
2436                 min -= min / 4;
2437
2438 #ifdef CONFIG_CMA
2439         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2440         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2441                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2442 #endif
2443
2444         /*
2445          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2446          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2447          * even if a suitable page happened to be free.
2448          */
2449         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
2450                 return false;
2451
2452         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2453         if (!order)
2454                 return true;
2455
2456         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2457         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
2458                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2459                 int mt;
2460
2461                 if (!area->nr_free)
2462                         continue;
2463
2464                 if (alloc_harder)
2465                         return true;
2466
2467                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2468                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
2469                                 return true;
2470                 }
2471
2472 #ifdef CONFIG_CMA
2473                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2474                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
2475                         return true;
2476                 }
2477 #endif
2478         }
2479         return false;
2480 }
2481
2482 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2483                       int classzone_idx, int alloc_flags)
2484 {
2485         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
2486                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2487 }
2488
2489 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2490                         unsigned long mark, int classzone_idx)
2491 {
2492         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2493
2494         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2495                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2496
2497         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
2498                                                                 free_pages);
2499 }
2500
2501 #ifdef CONFIG_NUMA
2502 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2503 {
2504         return local_zone->node == zone->node;
2505 }
2506
2507 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2508 {
2509         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <
2510                                 RECLAIM_DISTANCE;
2511 }
2512 #else   /* CONFIG_NUMA */
2513 static bool zone_local(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2514 {
2515         return true;
2516 }
2517
2518 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2519 {
2520         return true;
2521 }
2522 #endif  /* CONFIG_NUMA */
2523
2524 static void reset_alloc_batches(struct zone *preferred_zone)
2525 {
2526         struct zone *zone = preferred_zone->zone_pgdat->node_zones;
2527
2528         do {
2529                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
2530                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
2531                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
2532                 clear_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags);
2533         } while (zone++ != preferred_zone);
2534 }
2535
2536 /*
2537  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
2538  * a page.
2539  */
2540 static struct page *
2541 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
2542                                                 const struct alloc_context *ac)
2543 {
2544         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2545         struct zoneref *z;
2546         struct page *page = NULL;
2547         struct zone *zone;
2548         int nr_fair_skipped = 0;
2549         bool zonelist_rescan;
2550
2551 zonelist_scan:
2552         zonelist_rescan = false;
2553
2554         /*
2555          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
2556          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
2557          */
2558         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2559                                                                 ac->nodemask) {
2560                 unsigned long mark;
2561
2562                 if (cpusets_enabled() &&
2563                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
2564                         !cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
2565                                 continue;
2566                 /*
2567                  * Distribute pages in proportion to the individual
2568                  * zone size to ensure fair page aging.  The zone a
2569                  * page was allocated in should have no effect on the
2570                  * time the page has in memory before being reclaimed.
2571                  */
2572                 if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2573                         if (!zone_local(ac->preferred_zone, zone))
2574                                 break;
2575                         if (test_bit(ZONE_FAIR_DEPLETED, &zone->flags)) {
2576                                 nr_fair_skipped++;
2577                                 continue;
2578                         }
2579                 }
2580                 /*
2581                  * When allocating a page cache page for writing, we
2582                  * want to get it from a zone that is within its dirty
2583                  * limit, such that no single zone holds more than its
2584                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
2585                  * The dirty limits take into account the zone's
2586                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
2587                  * should be able to balance it without having to
2588                  * write pages from its LRU list.
2589                  *
2590                  * This may look like it could increase pressure on
2591                  * lower zones by failing allocations in higher zones
2592                  * before they are full.  But the pages that do spill
2593                  * over are limited as the lower zones are protected
2594                  * by this very same mechanism.  It should not become
2595                  * a practical burden to them.
2596                  *
2597                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
2598                  * exceed the per-zone dirty limit in the slowpath
2599                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
2600                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
2601                  * zones are together not big enough to reach the
2602                  * global limit.  The proper fix for these situations
2603                  * will require awareness of zones in the
2604                  * dirty-throttling and the flusher threads.
2605                  */
2606                 if (ac->spread_dirty_pages && !zone_dirty_ok(zone))
2607                         continue;
2608
2609                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
2610                 if (!zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2611                                        ac->classzone_idx, alloc_flags)) {
2612                         int ret;
2613
2614                         /* Checked here to keep the fast path fast */
2615                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
2616                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2617                                 goto try_this_zone;
2618
2619                         if (zone_reclaim_mode == 0 ||
2620                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zone, zone))
2621                                 continue;
2622
2623                         ret = zone_reclaim(zone, gfp_mask, order);
2624                         switch (ret) {
2625                         case ZONE_RECLAIM_NOSCAN:
2626                                 /* did not scan */
2627                                 continue;
2628                         case ZONE_RECLAIM_FULL:
2629                                 /* scanned but unreclaimable */
2630                                 continue;
2631                         default:
2632                                 /* did we reclaim enough */
2633                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
2634                                                 ac->classzone_idx, alloc_flags))
2635                                         goto try_this_zone;
2636
2637                                 continue;
2638                         }
2639                 }
2640
2641 try_this_zone:
2642                 page = buffered_rmqueue(ac->preferred_zone, zone, order,
2643                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
2644                 if (page) {
2645                         if (prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags))
2646                                 goto try_this_zone;
2647
2648                         /*
2649                          * If this is a high-order atomic allocation then check
2650                          * if the pageblock should be reserved for the future
2651                          */
2652                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
2653                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
2654
2655                         return page;
2656                 }
2657         }
2658
2659         /*
2660          * The first pass makes sure allocations are spread fairly within the
2661          * local node.  However, the local node might have free pages left
2662          * after the fairness batches are exhausted, and remote zones haven't
2663          * even been considered yet.  Try once more without fairness, and
2664          * include remote zones now, before entering the slowpath and waking
2665          * kswapd: prefer spilling to a remote zone over swapping locally.
2666          */
2667         if (alloc_flags & ALLOC_FAIR) {
2668                 alloc_flags &= ~ALLOC_FAIR;
2669                 if (nr_fair_skipped) {
2670                         zonelist_rescan = true;
2671                         reset_alloc_batches(ac->preferred_zone);
2672                 }
2673                 if (nr_online_nodes > 1)
2674                         zonelist_rescan = true;
2675         }
2676
2677         if (zonelist_rescan)
2678                 goto zonelist_scan;
2679
2680         return NULL;
2681 }
2682
2683 /*
2684  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
2685  * meminfo in irq context.
2686  */
2687 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
2688 {
2689         bool ret = false;
2690
2691 #if NODES_SHIFT > 8
2692         ret = in_interrupt();
2693 #endif
2694         return ret;
2695 }
2696
2697 static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs,
2698                 DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
2699                 DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
2700
2701 void warn_alloc_failed(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, const char *fmt, ...)
2702 {
2703         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2704
2705         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs) ||
2706             debug_guardpage_minorder() > 0)
2707                 return;
2708
2709         /*
2710          * This documents exceptions given to allocations in certain
2711          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
2712          * of allowed nodes.
2713          */
2714         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2715                 if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) ||
2716                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
2717                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2718         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
2719                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
2720
2721         if (fmt) {
2722                 struct va_format vaf;
2723                 va_list args;
2724
2725                 va_start(args, fmt);
2726
2727                 vaf.fmt = fmt;
2728                 vaf.va = &args;
2729
2730                 pr_warn("%pV", &vaf);
2731
2732                 va_end(args);
2733         }
2734
2735         pr_warn("%s: page allocation failure: order:%u, mode:0x%x\n",
2736                 current->comm, order, gfp_mask);
2737
2738         dump_stack();
2739         if (!should_suppress_show_mem())
2740                 show_mem(filter);
2741 }
2742
2743 static inline struct page *
2744 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2745         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
2746 {
2747         struct oom_control oc = {
2748                 .zonelist = ac->zonelist,
2749                 .nodemask = ac->nodemask,
2750                 .gfp_mask = gfp_mask,
2751                 .order = order,
2752         };
2753         struct page *page;
2754
2755         *did_some_progress = 0;
2756
2757         /*
2758          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
2759          * making progress for us.
2760          */
2761         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
2762                 *did_some_progress = 1;
2763                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
2764                 return NULL;
2765         }
2766
2767         /*
2768          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
2769          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
2770          * we're still under heavy pressure.
2771          */
2772         page = get_page_from_freelist(gfp_mask | __GFP_HARDWALL, order,
2773                                         ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
2774         if (page)
2775                 goto out;
2776
2777         if (!(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
2778                 /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
2779                 if (current->flags & PF_DUMPCORE)
2780                         goto out;
2781                 /* The OOM killer will not help higher order allocs */
2782                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
2783                         goto out;
2784                 /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
2785                 if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
2786                         goto out;
2787                 /* The OOM killer does not compensate for IO-less reclaim */
2788                 if (!(gfp_mask & __GFP_FS)) {
2789                         /*
2790                          * XXX: Page reclaim didn't yield anything,
2791                          * and the OOM killer can't be invoked, but
2792                          * keep looping as per tradition.
2793                          */
2794                         *did_some_progress = 1;
2795                         goto out;
2796                 }
2797                 if (pm_suspended_storage())
2798                         goto out;
2799                 /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
2800                 if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
2801                         goto out;
2802         }
2803         /* Exhausted what can be done so it's blamo time */
2804         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
2805                 *did_some_progress = 1;
2806 out:
2807         mutex_unlock(&oom_lock);
2808         return page;
2809 }
2810
2811 #ifdef CONFIG_COMPACTION
2812 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
2813 static struct page *
2814 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2815                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2816                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2817                 bool *deferred_compaction)
2818 {
2819         unsigned long compact_result;
2820         struct page *page;
2821
2822         if (!order)
2823                 return NULL;
2824
2825         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2826         compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
2827                                                 mode, contended_compaction);
2828         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2829
2830         switch (compact_result) {
2831         case COMPACT_DEFERRED:
2832                 *deferred_compaction = true;
2833                 /* fall-through */
2834         case COMPACT_SKIPPED:
2835                 return NULL;
2836         default:
2837                 break;
2838         }
2839
2840         /*
2841          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
2842          * count a compaction stall
2843          */
2844         count_vm_event(COMPACTSTALL);
2845
2846         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2847                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2848
2849         if (page) {
2850                 struct zone *zone = page_zone(page);
2851
2852                 zone->compact_blockskip_flush = false;
2853                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
2854                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
2855                 return page;
2856         }
2857
2858         /*
2859          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
2860          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
2861          */
2862         count_vm_event(COMPACTFAIL);
2863
2864         cond_resched();
2865
2866         return NULL;
2867 }
2868 #else
2869 static inline struct page *
2870 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2871                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2872                 enum migrate_mode mode, int *contended_compaction,
2873                 bool *deferred_compaction)
2874 {
2875         return NULL;
2876 }
2877 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
2878
2879 /* Perform direct synchronous page reclaim */
2880 static int
2881 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2882                                         const struct alloc_context *ac)
2883 {
2884         struct reclaim_state reclaim_state;
2885         int progress;
2886
2887         cond_resched();
2888
2889         /* We now go into synchronous reclaim */
2890         cpuset_memory_pressure_bump();
2891         current->flags |= PF_MEMALLOC;
2892         lockdep_set_current_reclaim_state(gfp_mask);
2893         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
2894         current->reclaim_state = &reclaim_state;
2895
2896         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
2897                                                                 ac->nodemask);
2898
2899         current->reclaim_state = NULL;
2900         lockdep_clear_current_reclaim_state();
2901         current->flags &= ~PF_MEMALLOC;
2902
2903         cond_resched();
2904
2905         return progress;
2906 }
2907
2908 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
2909 static inline struct page *
2910 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2911                 int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
2912                 unsigned long *did_some_progress)
2913 {
2914         struct page *page = NULL;
2915         bool drained = false;
2916
2917         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
2918         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
2919                 return NULL;
2920
2921 retry:
2922         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2923                                         alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2924
2925         /*
2926          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
2927          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
2928          * Shrink them them and try again
2929          */
2930         if (!page && !drained) {
2931                 unreserve_highatomic_pageblock(ac);
2932                 drain_all_pages(NULL);
2933                 drained = true;
2934                 goto retry;
2935         }
2936
2937         return page;
2938 }
2939
2940 /*
2941  * This is called in the allocator slow-path if the allocation request is of
2942  * sufficient urgency to ignore watermarks and take other desperate measures
2943  */
2944 static inline struct page *
2945 __alloc_pages_high_priority(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
2946                                 const struct alloc_context *ac)
2947 {
2948         struct page *page;
2949
2950         do {
2951                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
2952                                                 ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
2953
2954                 if (!page && gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
2955                         wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC,
2956                                                                         HZ/50);
2957         } while (!page && (gfp_mask & __GFP_NOFAIL));
2958
2959         return page;
2960 }
2961
2962 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, const struct alloc_context *ac)
2963 {
2964         struct zoneref *z;
2965         struct zone *zone;
2966
2967         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
2968                                                 ac->high_zoneidx, ac->nodemask)
2969                 wakeup_kswapd(zone, order, zone_idx(ac->preferred_zone));
2970 }
2971
2972 static inline int
2973 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
2974 {
2975         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
2976
2977         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
2978         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
2979
2980         /*
2981          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
2982          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
2983          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
2984          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
2985          */
2986         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
2987
2988         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
2989                 /*
2990                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
2991                  * if it can't schedule.
2992                  */
2993                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
2994                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
2995                 /*
2996                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
2997                  * comment for __cpuset_node_allowed().
2998                  */
2999                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3000         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3001                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3002
3003         if (likely(!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))) {
3004                 if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3005                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3006                 else if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3007                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3008                 else if (!in_interrupt() &&
3009                                 ((current->flags & PF_MEMALLOC) ||
3010                                  unlikely(test_thread_flag(TIF_MEMDIE))))
3011                         alloc_flags |= ALLOC_NO_WATERMARKS;
3012         }
3013 #ifdef CONFIG_CMA
3014         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3015                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3016 #endif
3017         return alloc_flags;
3018 }
3019
3020 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3021 {
3022         return !!(gfp_to_alloc_flags(gfp_mask) & ALLOC_NO_WATERMARKS);
3023 }
3024
3025 static inline bool is_thp_gfp_mask(gfp_t gfp_mask)
3026 {
3027         return (gfp_mask & (GFP_TRANSHUGE | __GFP_KSWAPD_RECLAIM)) == GFP_TRANSHUGE;
3028 }
3029
3030 static inline struct page *
3031 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3032                                                 struct alloc_context *ac)
3033 {
3034         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3035         struct page *page = NULL;
3036         int alloc_flags;
3037         unsigned long pages_reclaimed = 0;
3038         unsigned long did_some_progress;
3039         enum migrate_mode migration_mode = MIGRATE_ASYNC;
3040         bool deferred_compaction = false;
3041         int contended_compaction = COMPACT_CONTENDED_NONE;
3042
3043         /*
3044          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
3045          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
3046          * be using allocators in order of preference for an area that is
3047          * too large.
3048          */
3049         if (order >= MAX_ORDER) {
3050                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
3051                 return NULL;
3052         }
3053
3054         /*
3055          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
3056          * callers that are not in atomic context.
3057          */
3058         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
3059                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
3060                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
3061
3062         /*
3063          * If this allocation cannot block and it is for a specific node, then
3064          * fail early.  There's no need to wakeup kswapd or retry for a
3065          * speculative node-specific allocation.
3066          */
3067         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && (gfp_mask & __GFP_THISNODE) && !can_direct_reclaim)
3068                 goto nopage;
3069
3070 retry:
3071         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3072                 wake_all_kswapds(order, ac);
3073
3074         /*
3075          * OK, we're below the kswapd watermark and have kicked background
3076          * reclaim. Now things get more complex, so set up alloc_flags according
3077          * to how we want to proceed.
3078          */
3079         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
3080
3081         /*
3082          * Find the true preferred zone if the allocation is unconstrained by
3083          * cpusets.
3084          */
3085         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) && !ac->nodemask) {
3086                 struct zoneref *preferred_zoneref;
3087                 preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3088                                 ac->high_zoneidx, NULL, &ac->preferred_zone);
3089                 ac->classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3090         }
3091
3092         /* This is the last chance, in general, before the goto nopage. */
3093         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3094                                 alloc_flags & ~ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3095         if (page)
3096                 goto got_pg;
3097
3098         /* Allocate without watermarks if the context allows */
3099         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS) {
3100                 /*
3101                  * Ignore mempolicies if ALLOC_NO_WATERMARKS on the grounds
3102                  * the allocation is high priority and these type of
3103                  * allocations are system rather than user orientated
3104                  */
3105                 ac->zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), gfp_mask);
3106
3107                 page = __alloc_pages_high_priority(gfp_mask, order, ac);
3108
3109                 if (page) {
3110                         goto got_pg;
3111                 }
3112         }
3113
3114         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
3115         if (!can_direct_reclaim) {
3116                 /*
3117                  * All existing users of the deprecated __GFP_NOFAIL are
3118                  * blockable, so warn of any new users that actually allow this
3119                  * type of allocation to fail.
3120                  */
3121                 WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL);
3122                 goto nopage;
3123         }
3124
3125         /* Avoid recursion of direct reclaim */
3126         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3127                 goto nopage;
3128
3129         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
3130         if (test_thread_flag(TIF_MEMDIE) && !(gfp_mask & __GFP_NOFAIL))
3131                 goto nopage;
3132
3133         /*
3134          * Try direct compaction. The first pass is asynchronous. Subsequent
3135          * attempts after direct reclaim are synchronous
3136          */
3137         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3138                                         migration_mode,
3139                                         &contended_compaction,
3140                                         &deferred_compaction);
3141         if (page)
3142                 goto got_pg;
3143
3144         /* Checks for THP-specific high-order allocations */
3145         if (is_thp_gfp_mask(gfp_mask)) {
3146                 /*
3147                  * If compaction is deferred for high-order allocations, it is
3148                  * because sync compaction recently failed. If this is the case
3149                  * and the caller requested a THP allocation, we do not want
3150                  * to heavily disrupt the system, so we fail the allocation
3151                  * instead of entering direct reclaim.
3152                  */
3153                 if (deferred_compaction)
3154                         goto nopage;
3155
3156                 /*
3157                  * In all zones where compaction was attempted (and not
3158                  * deferred or skipped), lock contention has been detected.
3159                  * For THP allocation we do not want to disrupt the others
3160                  * so we fallback to base pages instead.
3161                  */
3162                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_LOCK)
3163                         goto nopage;
3164
3165                 /*
3166                  * If compaction was aborted due to need_resched(), we do not
3167                  * want to further increase allocation latency, unless it is
3168                  * khugepaged trying to collapse.
3169                  */
3170                 if (contended_compaction == COMPACT_CONTENDED_SCHED
3171                         && !(current->flags & PF_KTHREAD))
3172                         goto nopage;
3173         }
3174
3175         /*
3176          * It can become very expensive to allocate transparent hugepages at
3177          * fault, so use asynchronous memory compaction for THP unless it is
3178          * khugepaged trying to collapse.
3179          */
3180         if (!is_thp_gfp_mask(gfp_mask) || (current->flags & PF_KTHREAD))
3181                 migration_mode = MIGRATE_SYNC_LIGHT;
3182
3183         /* Try direct reclaim and then allocating */
3184         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3185                                                         &did_some_progress);
3186         if (page)
3187                 goto got_pg;
3188
3189         /* Do not loop if specifically requested */
3190         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
3191                 goto noretry;
3192
3193         /* Keep reclaiming pages as long as there is reasonable progress */
3194         pages_reclaimed += did_some_progress;
3195         if ((did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ||
3196             ((gfp_mask & __GFP_REPEAT) && pages_reclaimed < (1 << order))) {
3197                 /* Wait for some write requests to complete then retry */
3198                 wait_iff_congested(ac->preferred_zone, BLK_RW_ASYNC, HZ/50);
3199                 goto retry;
3200         }
3201
3202         /* Reclaim has failed us, start killing things */
3203         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
3204         if (page)
3205                 goto got_pg;
3206
3207         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
3208         if (did_some_progress)
3209                 goto retry;
3210
3211 noretry:
3212         /*
3213          * High-order allocations do not necessarily loop after
3214          * direct reclaim and reclaim/compaction depends on compaction
3215          * being called after reclaim so call directly if necessary
3216          */
3217         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags,
3218                                             ac, migration_mode,
3219                                             &contended_compaction,
3220                                             &deferred_compaction);
3221         if (page)
3222                 goto got_pg;
3223 nopage:
3224         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, NULL);
3225 got_pg:
3226         return page;
3227 }
3228
3229 /*
3230  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
3231  */
3232 struct page *
3233 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3234                         struct zonelist *zonelist, nodemask_t *nodemask)
3235 {
3236         struct zoneref *preferred_zoneref;
3237         struct page *page = NULL;
3238         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3239         int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW|ALLOC_CPUSET|ALLOC_FAIR;
3240         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
3241         struct alloc_context ac = {
3242                 .high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask),
3243                 .nodemask = nodemask,
3244                 .migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask),
3245         };
3246
3247         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
3248
3249         lockdep_trace_alloc(gfp_mask);
3250
3251         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
3252
3253         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
3254                 return NULL;
3255
3256         /*
3257          * Check the zones suitable for the gfp_mask contain at least one
3258          * valid zone. It's possible to have an empty zonelist as a result
3259          * of __GFP_THISNODE and a memoryless node
3260          */
3261         if (unlikely(!zonelist->_zonerefs->zone))
3262                 return NULL;
3263
3264         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac.migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
3265                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3266
3267 retry_cpuset:
3268         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3269
3270         /* We set it here, as __alloc_pages_slowpath might have changed it */
3271         ac.zonelist = zonelist;
3272
3273         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
3274         ac.spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
3275
3276         /* The preferred zone is used for statistics later */
3277         preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac.zonelist, ac.high_zoneidx,
3278                                 ac.nodemask ? : &cpuset_current_mems_allowed,
3279                                 &ac.preferred_zone);
3280         if (!ac.preferred_zone)
3281                 goto out;
3282         ac.classzone_idx = zonelist_zone_idx(preferred_zoneref);
3283
3284         /* First allocation attempt */
3285         alloc_mask = gfp_mask|__GFP_HARDWALL;
3286         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
3287         if (unlikely(!page)) {
3288                 /*
3289                  * Runtime PM, block IO and its error handling path
3290                  * can deadlock because I/O on the device might not
3291                  * complete.
3292                  */
3293                 alloc_mask = memalloc_noio_flags(gfp_mask);
3294                 ac.spread_dirty_pages = false;
3295
3296                 page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
3297         }
3298
3299         if (kmemcheck_enabled && page)
3300                 kmemcheck_pagealloc_alloc(page, order, gfp_mask);
3301
3302         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
3303
3304 out:
3305         /*
3306          * When updating a task's mems_allowed, it is possible to race with
3307          * parallel threads in such a way that an allocation can fail while
3308          * the mask is being updated. If a page allocation is about to fail,
3309          * check if the cpuset changed during allocation and if so, retry.
3310          */
3311         if (unlikely(!page && read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie)))
3312                 goto retry_cpuset;
3313
3314         return page;
3315 }
3316 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
3317
3318 /*
3319  * Common helper functions.
3320  */
3321 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3322 {
3323         struct page *page;
3324
3325         /*
3326          * __get_free_pages() returns a 32-bit address, which cannot represent
3327          * a highmem page
3328          */
3329         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
3330
3331         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3332         if (!page)
3333                 return 0;
3334         return (unsigned long) page_address(page);
3335 }
3336 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
3337
3338 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
3339 {
3340         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
3341 }
3342 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
3343
3344 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
3345 {
3346         if (put_page_testzero(page)) {
3347                 if (order == 0)
3348                         free_hot_cold_page(page, false);
3349                 else
3350                         __free_pages_ok(page, order);
3351         }
3352 }
3353
3354 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
3355
3356 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3357 {
3358         if (addr != 0) {
3359                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3360                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3361         }
3362 }
3363
3364 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
3365
3366 /*
3367  * Page Fragment:
3368  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
3369  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
3370  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
3371  *
3372  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
3373  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
3374  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
3375  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
3376  */
3377 static struct page *__page_frag_refill(struct page_frag_cache *nc,
3378                                        gfp_t gfp_mask)
3379 {
3380         struct page *page = NULL;
3381         gfp_t gfp = gfp_mask;
3382
3383 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3384         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
3385                     __GFP_NOMEMALLOC;
3386         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
3387                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
3388         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
3389 #endif
3390         if (unlikely(!page))
3391                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
3392
3393         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
3394
3395         return page;
3396 }
3397
3398 void *__alloc_page_frag(struct page_frag_cache *nc,
3399                         unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
3400 {
3401         unsigned int size = PAGE_SIZE;
3402         struct page *page;
3403         int offset;
3404
3405         if (unlikely(!nc->va)) {
3406 refill:
3407                 page = __page_frag_refill(nc, gfp_mask);
3408                 if (!page)
3409                         return NULL;
3410
3411 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3412                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3413                 size = nc->size;
3414 #endif
3415                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
3416                  * This would break get_page_unless_zero() users.
3417                  */
3418                 atomic_add(size - 1, &page->_count);
3419
3420                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3421                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
3422                 nc->pagecnt_bias = size;
3423                 nc->offset = size;
3424         }
3425
3426         offset = nc->offset - fragsz;
3427         if (unlikely(offset < 0)) {
3428                 page = virt_to_page(nc->va);
3429
3430                 if (!atomic_sub_and_test(nc->pagecnt_bias, &page->_count))
3431                         goto refill;
3432
3433 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
3434                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
3435                 size = nc->size;
3436 #endif
3437                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
3438                 atomic_set(&page->_count, size);
3439
3440                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
3441                 nc->pagecnt_bias = size;
3442                 offset = size - fragsz;
3443         }
3444
3445         nc->pagecnt_bias--;
3446         nc->offset = offset;
3447
3448         return nc->va + offset;
3449 }
3450 EXPORT_SYMBOL(__alloc_page_frag);
3451
3452 /*
3453  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
3454  */
3455 void __free_page_frag(void *addr)
3456 {
3457         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
3458
3459         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
3460                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
3461 }
3462 EXPORT_SYMBOL(__free_page_frag);
3463
3464 /*
3465  * alloc_kmem_pages charges newly allocated pages to the kmem resource counter
3466  * of the current memory cgroup.
3467  *
3468  * It should be used when the caller would like to use kmalloc, but since the
3469  * allocation is large, it has to fall back to the page allocator.
3470  */
3471 struct page *alloc_kmem_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3472 {
3473         struct page *page;
3474
3475         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
3476         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3477                 __free_pages(page, order);
3478                 page = NULL;
3479         }
3480         return page;
3481 }
3482
3483 struct page *alloc_kmem_pages_node(int nid, gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3484 {
3485         struct page *page;
3486
3487         page = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3488         if (page && memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0) {
3489                 __free_pages(page, order);
3490                 page = NULL;
3491         }
3492         return page;
3493 }
3494
3495 /*
3496  * __free_kmem_pages and free_kmem_pages will free pages allocated with
3497  * alloc_kmem_pages.
3498  */
3499 void __free_kmem_pages(struct page *page, unsigned int order)
3500 {
3501         memcg_kmem_uncharge(page, order);
3502         __free_pages(page, order);
3503 }
3504
3505 void free_kmem_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
3506 {
3507         if (addr != 0) {
3508                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
3509                 __free_kmem_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
3510         }
3511 }
3512
3513 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
3514                 size_t size)
3515 {
3516         if (addr) {
3517                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
3518                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
3519
3520                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
3521                 while (used < alloc_end) {
3522                         free_page(used);
3523                         used += PAGE_SIZE;
3524                 }
3525         }
3526         return (void *)addr;
3527 }
3528
3529 /**
3530  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
3531  * @size: the number of bytes to allocate
3532  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3533  *
3534  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
3535  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
3536  * allocate memory in power-of-two pages.
3537  *
3538  * This function is also limited by MAX_ORDER.
3539  *
3540  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
3541  */
3542 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
3543 {
3544         unsigned int order = get_order(size);
3545         unsigned long addr;
3546
3547         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
3548         return make_alloc_exact(addr, order, size);
3549 }
3550 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
3551
3552 /**
3553  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
3554  *                         pages on a node.
3555  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
3556  * @size: the number of bytes to allocate
3557  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
3558  *
3559  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
3560  * back.
3561  */
3562 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
3563 {
3564         unsigned int order = get_order(size);
3565         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
3566         if (!p)
3567                 return NULL;
3568         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
3569 }
3570
3571 /**
3572  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
3573  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
3574  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
3575  *
3576  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
3577  */
3578 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
3579 {
3580         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
3581         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
3582
3583         while (addr < end) {
3584                 free_page(addr);
3585                 addr += PAGE_SIZE;
3586         }
3587 }
3588 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
3589
3590 /**
3591  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
3592  * @offset: The zone index of the highest zone
3593  *
3594  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
3595  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
3596  * zone, the number of pages is calculated as:
3597  *     managed_pages - high_pages
3598  */
3599 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
3600 {
3601         struct zoneref *z;
3602         struct zone *zone;
3603
3604         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
3605         unsigned long sum = 0;
3606
3607         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
3608
3609         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
3610                 unsigned long size = zone->managed_pages;
3611                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
3612                 if (size > high)
3613                         sum += size - high;
3614         }
3615
3616         return sum;
3617 }
3618
3619 /**
3620  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
3621  *
3622  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
3623  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
3624  */
3625 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
3626 {
3627         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
3628 }
3629 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
3630
3631 /**
3632  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
3633  *
3634  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
3635  * high watermark within all zones.
3636  */
3637 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
3638 {
3639         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
3640 }
3641
3642 static inline void show_node(struct zone *zone)
3643 {
3644         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3645                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
3646 }
3647
3648 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
3649 {
3650         val->totalram = totalram_pages;
3651         val->sharedram = global_page_state(NR_SHMEM);
3652         val->freeram = global_page_state(NR_FREE_PAGES);
3653         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
3654         val->totalhigh = totalhigh_pages;
3655         val->freehigh = nr_free_highpages();
3656         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3657 }
3658
3659 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
3660
3661 #ifdef CONFIG_NUMA
3662 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
3663 {
3664         int zone_type;          /* needs to be signed */
3665         unsigned long managed_pages = 0;
3666         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
3667
3668         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
3669                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
3670         val->totalram = managed_pages;
3671         val->sharedram = node_page_state(nid, NR_SHMEM);
3672         val->freeram = node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
3673 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
3674         val->totalhigh = pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM].managed_pages;
3675         val->freehigh = zone_page_state(&pgdat->node_zones[ZONE_HIGHMEM],
3676                         NR_FREE_PAGES);
3677 #else
3678         val->totalhigh = 0;
3679         val->freehigh = 0;
3680 #endif
3681         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
3682 }
3683 #endif
3684
3685 /*
3686  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
3687  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
3688  */
3689 bool skip_free_areas_node(unsigned int flags, int nid)
3690 {
3691         bool ret = false;
3692         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3693
3694         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
3695                 goto out;
3696
3697         do {
3698                 cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3699                 ret = !node_isset(nid, cpuset_current_mems_allowed);
3700         } while (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie));
3701 out:
3702         return ret;
3703 }
3704
3705 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
3706
3707 static void show_migration_types(unsigned char type)
3708 {
3709         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
3710                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
3711                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
3712                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
3713                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
3714 #ifdef CONFIG_CMA
3715                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
3716 #endif
3717 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
3718                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
3719 #endif
3720         };
3721         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
3722         char *p = tmp;
3723         int i;
3724
3725         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
3726                 if (type & (1 << i))
3727                         *p++ = types[i];
3728         }
3729
3730         *p = '\0';
3731         printk("(%s) ", tmp);
3732 }
3733
3734 /*
3735  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
3736  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
3737  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
3738  *
3739  * Bits in @filter:
3740  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
3741  *   cpuset.
3742  */
3743 void show_free_areas(unsigned int filter)
3744 {
3745         unsigned long free_pcp = 0;
3746         int cpu;
3747         struct zone *zone;
3748
3749         for_each_populated_zone(zone) {
3750                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3751                         continue;
3752
3753                 for_each_online_cpu(cpu)
3754                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3755         }
3756
3757         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
3758                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
3759                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
3760                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
3761                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
3762                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
3763                 global_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
3764                 global_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
3765                 global_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
3766                 global_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
3767                 global_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
3768                 global_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
3769                 global_page_state(NR_UNEVICTABLE),
3770                 global_page_state(NR_FILE_DIRTY),
3771                 global_page_state(NR_WRITEBACK),
3772                 global_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
3773                 global_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
3774                 global_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
3775                 global_page_state(NR_FILE_MAPPED),
3776                 global_page_state(NR_SHMEM),
3777                 global_page_state(NR_PAGETABLE),
3778                 global_page_state(NR_BOUNCE),
3779                 global_page_state(NR_FREE_PAGES),
3780                 free_pcp,
3781                 global_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
3782
3783         for_each_populated_zone(zone) {
3784                 int i;
3785
3786                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3787                         continue;
3788
3789                 free_pcp = 0;
3790                 for_each_online_cpu(cpu)
3791                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
3792
3793                 show_node(zone);
3794                 printk("%s"
3795                         " free:%lukB"
3796                         " min:%lukB"
3797                         " low:%lukB"
3798                         " high:%lukB"
3799                         " active_anon:%lukB"
3800                         " inactive_anon:%lukB"
3801                         " active_file:%lukB"
3802                         " inactive_file:%lukB"
3803                         " unevictable:%lukB"
3804                         " isolated(anon):%lukB"
3805                         " isolated(file):%lukB"
3806                         " present:%lukB"
3807                         " managed:%lukB"
3808                         " mlocked:%lukB"
3809                         " dirty:%lukB"
3810                         " writeback:%lukB"
3811                         " mapped:%lukB"
3812                         " shmem:%lukB"
3813                         " slab_reclaimable:%lukB"
3814                         " slab_unreclaimable:%lukB"
3815                         " kernel_stack:%lukB"
3816                         " pagetables:%lukB"
3817                         " unstable:%lukB"
3818                         " bounce:%lukB"
3819                         " free_pcp:%lukB"
3820                         " local_pcp:%ukB"
3821                         " free_cma:%lukB"
3822                         " writeback_tmp:%lukB"
3823                         " pages_scanned:%lu"
3824                         " all_unreclaimable? %s"
3825                         "\n",
3826                         zone->name,
3827                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
3828                         K(min_wmark_pages(zone)),
3829                         K(low_wmark_pages(zone)),
3830                         K(high_wmark_pages(zone)),
3831                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_ANON)),
3832                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_ANON)),
3833                         K(zone_page_state(zone, NR_ACTIVE_FILE)),
3834                         K(zone_page_state(zone, NR_INACTIVE_FILE)),
3835                         K(zone_page_state(zone, NR_UNEVICTABLE)),
3836                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_ANON)),
3837                         K(zone_page_state(zone, NR_ISOLATED_FILE)),
3838                         K(zone->present_pages),
3839                         K(zone->managed_pages),
3840                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
3841                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_DIRTY)),
3842                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK)),
3843                         K(zone_page_state(zone, NR_FILE_MAPPED)),
3844                         K(zone_page_state(zone, NR_SHMEM)),
3845                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_RECLAIMABLE)),
3846                         K(zone_page_state(zone, NR_SLAB_UNRECLAIMABLE)),
3847                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK) *
3848                                 THREAD_SIZE / 1024,
3849                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
3850                         K(zone_page_state(zone, NR_UNSTABLE_NFS)),
3851                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
3852                         K(free_pcp),
3853                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
3854                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)),
3855                         K(zone_page_state(zone, NR_WRITEBACK_TEMP)),
3856                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGES_SCANNED)),
3857                         (!zone_reclaimable(zone) ? "yes" : "no")
3858                         );
3859                 printk("lowmem_reserve[]:");
3860                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
3861                         printk(" %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
3862                 printk("\n");
3863         }
3864
3865         for_each_populated_zone(zone) {
3866                 unsigned int order;
3867                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
3868                 unsigned char types[MAX_ORDER];
3869
3870                 if (skip_free_areas_node(filter, zone_to_nid(zone)))
3871                         continue;
3872                 show_node(zone);
3873                 printk("%s: ", zone->name);
3874
3875                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3876                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3877                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
3878                         int type;
3879
3880                         nr[order] = area->nr_free;
3881                         total += nr[order] << order;
3882
3883                         types[order] = 0;
3884                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
3885                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
3886                                         types[order] |= 1 << type;
3887                         }
3888                 }
3889                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3890                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
3891                         printk("%lu*%lukB ", nr[order], K(1UL) << order);
3892                         if (nr[order])
3893                                 show_migration_types(types[order]);
3894                 }
3895                 printk("= %lukB\n", K(total));
3896         }
3897
3898         hugetlb_show_meminfo();
3899
3900         printk("%ld total pagecache pages\n", global_page_state(NR_FILE_PAGES));
3901
3902         show_swap_cache_info();
3903 }
3904
3905 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
3906 {
3907         zoneref->zone = zone;
3908         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
3909 }
3910
3911 /*
3912  * Builds allocation fallback zone lists.
3913  *
3914  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
3915  */
3916 static int build_zonelists_node(pg_data_t *pgdat, struct zonelist *zonelist,
3917                                 int nr_zones)
3918 {
3919         struct zone *zone;
3920         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
3921
3922         do {
3923                 zone_type--;
3924                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
3925                 if (populated_zone(zone)) {
3926                         zoneref_set_zone(zone,
3927                                 &zonelist->_zonerefs[nr_zones++]);
3928                         check_highest_zone(zone_type);
3929                 }
3930         } while (zone_type);
3931
3932         return nr_zones;
3933 }
3934
3935
3936 /*
3937  *  zonelist_order:
3938  *  0 = automatic detection of better ordering.
3939  *  1 = order by ([node] distance, -zonetype)
3940  *  2 = order by (-zonetype, [node] distance)
3941  *
3942  *  If not NUMA, ZONELIST_ORDER_ZONE and ZONELIST_ORDER_NODE will create
3943  *  the same zonelist. So only NUMA can configure this param.
3944  */
3945 #define ZONELIST_ORDER_DEFAULT  0
3946 #define ZONELIST_ORDER_NODE     1
3947 #define ZONELIST_ORDER_ZONE     2
3948
3949 /* zonelist order in the kernel.
3950  * set_zonelist_order() will set this to NODE or ZONE.
3951  */
3952 static int current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3953 static char zonelist_order_name[3][8] = {"Default", "Node", "Zone"};
3954
3955
3956 #ifdef CONFIG_NUMA
3957 /* The value user specified ....changed by config */
3958 static int user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3959 /* string for sysctl */
3960 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
3961 char numa_zonelist_order[16] = "default";
3962
3963 /*
3964  * interface for configure zonelist ordering.
3965  * command line option "numa_zonelist_order"
3966  *      = "[dD]efault   - default, automatic configuration.
3967  *      = "[nN]ode      - order by node locality, then by zone within node
3968  *      = "[zZ]one      - order by zone, then by locality within zone
3969  */
3970
3971 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
3972 {
3973         if (*s == 'd' || *s == 'D') {
3974                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_DEFAULT;
3975         } else if (*s == 'n' || *s == 'N') {
3976                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_NODE;
3977         } else if (*s == 'z' || *s == 'Z') {
3978                 user_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
3979         } else {
3980                 printk(KERN_WARNING
3981                         "Ignoring invalid numa_zonelist_order value:  "
3982                         "%s\n", s);
3983                 return -EINVAL;
3984         }
3985         return 0;
3986 }
3987
3988 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
3989 {
3990         int ret;
3991
3992         if (!s)
3993                 return 0;
3994
3995         ret = __parse_numa_zonelist_order(s);
3996         if (ret == 0)
3997                 strlcpy(numa_zonelist_order, s, NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
3998
3999         return ret;
4000 }
4001 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
4002
4003 /*
4004  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4005  */
4006 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4007                 void __user *buffer, size_t *length,
4008                 loff_t *ppos)
4009 {
4010         char saved_string[NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN];
4011         int ret;
4012         static DEFINE_MUTEX(zl_order_mutex);
4013
4014         mutex_lock(&zl_order_mutex);
4015         if (write) {
4016                 if (strlen((char *)table->data) >= NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN) {
4017                         ret = -EINVAL;
4018                         goto out;
4019                 }
4020                 strcpy(saved_string, (char *)table->data);
4021         }
4022         ret = proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4023         if (ret)
4024                 goto out;
4025         if (write) {
4026                 int oldval = user_zonelist_order;
4027
4028                 ret = __parse_numa_zonelist_order((char *)table->data);
4029                 if (ret) {
4030                         /*
4031                          * bogus value.  restore saved string
4032                          */
4033                         strncpy((char *)table->data, saved_string,
4034                                 NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN);
4035                         user_zonelist_order = oldval;
4036                 } else if (oldval != user_zonelist_order) {
4037                         mutex_lock(&zonelists_mutex);
4038                         build_all_zonelists(NULL, NULL);
4039                         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
4040                 }
4041         }
4042 out:
4043         mutex_unlock(&zl_order_mutex);
4044         return ret;
4045 }
4046
4047
4048 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
4049 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4050
4051 /**
4052  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4053  * @node: node whose fallback list we're appending
4054  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4055  *
4056  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4057  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4058  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4059  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4060  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4061  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4062  * on them otherwise.
4063  * It returns -1 if no node is found.
4064  */
4065 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4066 {
4067         int n, val;
4068         int min_val = INT_MAX;
4069         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4070         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
4071
4072         /* Use the local node if we haven't already */
4073         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4074                 node_set(node, *used_node_mask);
4075                 return node;
4076         }
4077
4078         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4079
4080                 /* Don't want a node to appear more than once */
4081                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4082                         continue;
4083
4084                 /* Use the distance array to find the distance */
4085                 val = node_distance(node, n);
4086
4087                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4088                 val += (n < node);
4089
4090                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4091                 tmp = cpumask_of_node(n);
4092                 if (!cpumask_empty(tmp))
4093                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4094
4095                 /* Slight preference for less loaded node */
4096                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
4097                 val += node_load[n];
4098
4099                 if (val < min_val) {
4100                         min_val = val;
4101                         best_node = n;
4102                 }
4103         }
4104
4105         if (best_node >= 0)
4106                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4107
4108         return best_node;
4109 }
4110
4111
4112 /*
4113  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4114  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4115  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4116  */
4117 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int node)
4118 {
4119         int j;
4120         struct zonelist *zonelist;
4121
4122         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4123         for (j = 0; zonelist->_zonerefs[j].zone != NULL; j++)
4124                 ;
4125         j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4126         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4127         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4128 }
4129
4130 /*
4131  * Build gfp_thisnode zonelists
4132  */
4133 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4134 {
4135         int j;
4136         struct zonelist *zonelist;
4137
4138         zonelist = &pgdat->node_zonelists[1];
4139         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4140         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4141         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4142 }
4143
4144 /*
4145  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4146  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4147  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4148  * may still exist in local DMA zone.
4149  */
4150 static int node_order[MAX_NUMNODES];
4151
4152 static void build_zonelists_in_zone_order(pg_data_t *pgdat, int nr_nodes)
4153 {
4154         int pos, j, node;
4155         int zone_type;          /* needs to be signed */
4156         struct zone *z;
4157         struct zonelist *zonelist;
4158
4159         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4160         pos = 0;
4161         for (zone_type = MAX_NR_ZONES - 1; zone_type >= 0; zone_type--) {
4162                 for (j = 0; j < nr_nodes; j++) {
4163                         node = node_order[j];
4164                         z = &NODE_DATA(node)->node_zones[zone_type];
4165                         if (populated_zone(z)) {
4166                                 zoneref_set_zone(z,
4167                                         &zonelist->_zonerefs[pos++]);
4168                                 check_highest_zone(zone_type);
4169                         }
4170                 }
4171         }
4172         zonelist->_zonerefs[pos].zone = NULL;
4173         zonelist->_zonerefs[pos].zone_idx = 0;
4174 }
4175
4176 #if defined(CONFIG_64BIT)
4177 /*
4178  * Devices that require DMA32/DMA are relatively rare and do not justify a
4179  * penalty to every machine in case the specialised case applies. Default
4180  * to Node-ordering on 64-bit NUMA machines
4181  */
4182 static int default_zonelist_order(void)
4183 {
4184         return ZONELIST_ORDER_NODE;
4185 }
4186 #else
4187 /*
4188  * On 32-bit, the Normal zone needs to be preserved for allocations accessible
4189  * by the kernel. If processes running on node 0 deplete the low memory zone
4190  * then reclaim will occur more frequency increasing stalls and potentially
4191  * be easier to OOM if a large percentage of the zone is under writeback or
4192  * dirty. The problem is significantly worse if CONFIG_HIGHPTE is not set.
4193  * Hence, default to zone ordering on 32-bit.
4194  */
4195 static int default_zonelist_order(void)
4196 {
4197         return ZONELIST_ORDER_ZONE;
4198 }
4199 #endif /* CONFIG_64BIT */
4200
4201 static void set_zonelist_order(void)
4202 {
4203         if (user_zonelist_order == ZONELIST_ORDER_DEFAULT)
4204                 current_zonelist_order = default_zonelist_order();
4205         else
4206                 current_zonelist_order = user_zonelist_order;
4207 }
4208
4209 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4210 {
4211         int j, node, load;
4212         enum zone_type i;
4213         nodemask_t used_mask;
4214         int local_node, prev_node;
4215         struct zonelist *zonelist;
4216         unsigned int order = current_zonelist_order;
4217
4218         /* initialize zonelists */
4219         for (i = 0; i < MAX_ZONELISTS; i++) {
4220                 zonelist = pgdat->node_zonelists + i;
4221                 zonelist->_zonerefs[0].zone = NULL;
4222                 zonelist->_zonerefs[0].zone_idx = 0;
4223         }
4224
4225         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4226         local_node = pgdat->node_id;
4227         load = nr_online_nodes;
4228         prev_node = local_node;
4229         nodes_clear(used_mask);
4230
4231         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4232         j = 0;
4233
4234         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4235                 /*
4236                  * We don't want to pressure a particular node.
4237                  * So adding penalty to the first node in same
4238                  * distance group to make it round-robin.
4239                  */
4240                 if (node_distance(local_node, node) !=
4241                     node_distance(local_node, prev_node))
4242                         node_load[node] = load;
4243
4244                 prev_node = node;
4245                 load--;
4246                 if (order == ZONELIST_ORDER_NODE)
4247                         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node);
4248                 else
4249                         node_order[j++] = node; /* remember order */
4250         }
4251
4252         if (order == ZONELIST_ORDER_ZONE) {
4253                 /* calculate node order -- i.e., DMA last! */
4254                 build_zonelists_in_zone_order(pgdat, j);
4255         }
4256
4257         build_thisnode_zonelists(pgdat);
4258 }
4259
4260 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4261 /*
4262  * Return node id of node used for "local" allocations.
4263  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
4264  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
4265  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
4266  */
4267 int local_memory_node(int node)
4268 {
4269         struct zone *zone;
4270
4271         (void)first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
4272                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
4273                                    NULL,
4274                                    &zone);
4275         return zone->node;
4276 }
4277 #endif
4278
4279 #else   /* CONFIG_NUMA */
4280
4281 static void set_zonelist_order(void)
4282 {
4283         current_zonelist_order = ZONELIST_ORDER_ZONE;
4284 }
4285
4286 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4287 {
4288         int node, local_node;
4289         enum zone_type j;
4290         struct zonelist *zonelist;
4291
4292         local_node = pgdat->node_id;
4293
4294         zonelist = &pgdat->node_zonelists[0];
4295         j = build_zonelists_node(pgdat, zonelist, 0);
4296
4297         /*
4298          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
4299          * of all the other nodes.
4300          * We don't want to pressure a particular node, so when
4301          * building the zones for node N, we make sure that the
4302          * zones coming right after the local ones are those from
4303          * node N+1 (modulo N)
4304          */
4305         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
4306                 if (!node_online(node))
4307                         continue;
4308                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4309         }
4310         for (node = 0; node < local_node; node++) {
4311                 if (!node_online(node))
4312                         continue;
4313                 j = build_zonelists_node(NODE_DATA(node), zonelist, j);
4314         }
4315
4316         zonelist->_zonerefs[j].zone = NULL;
4317         zonelist->_zonerefs[j].zone_idx = 0;
4318 }
4319
4320 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4321
4322 /*
4323  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
4324  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
4325  * that an item put on a list will immediately be handed over to
4326  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
4327  * with interrupts disabled.
4328  *
4329  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
4330  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
4331  * hotplugged processors.
4332  *
4333  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
4334  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
4335  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
4336  */
4337 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
4338 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
4339 static void setup_zone_pageset(struct zone *zone);
4340
4341 /*
4342  * Global mutex to protect against size modification of zonelists
4343  * as well as to serialize pageset setup for the new populated zone.
4344  */
4345 DEFINE_MUTEX(zonelists_mutex);
4346
4347 /* return values int ....just for stop_machine() */
4348 static int __build_all_zonelists(void *data)
4349 {
4350         int nid;
4351         int cpu;
4352         pg_data_t *self = data;
4353
4354 #ifdef CONFIG_NUMA
4355         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
4356 #endif
4357
4358         if (self && !node_online(self->node_id)) {
4359                 build_zonelists(self);
4360         }
4361
4362         for_each_online_node(nid) {
4363                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4364
4365                 build_zonelists(pgdat);
4366         }
4367
4368         /*
4369          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
4370          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
4371          * each zone will be allocated later when the per cpu
4372          * allocator is available.
4373          *
4374          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
4375          * cpus if the system is already booted because the pagesets
4376          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
4377          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
4378          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
4379          * (a chicken-egg dilemma).
4380          */
4381         for_each_possible_cpu(cpu) {
4382                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
4383
4384 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
4385                 /*
4386                  * We now know the "local memory node" for each node--
4387                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
4388                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
4389                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
4390                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
4391                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
4392                  */
4393                 if (cpu_online(cpu))
4394                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
4395 #endif
4396         }
4397
4398         return 0;
4399 }
4400
4401 static noinline void __init
4402 build_all_zonelists_init(void)
4403 {
4404         __build_all_zonelists(NULL);
4405         mminit_verify_zonelist();
4406         cpuset_init_current_mems_allowed();
4407 }
4408
4409 /*
4410  * Called with zonelists_mutex held always
4411  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
4412  *
4413  * __ref due to (1) call of __meminit annotated setup_zone_pageset
4414  * [we're only called with non-NULL zone through __meminit paths] and
4415  * (2) call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
4416  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
4417  */
4418 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat, struct zone *zone)
4419 {
4420         set_zonelist_order();
4421
4422         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
4423                 build_all_zonelists_init();
4424         } else {
4425 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4426                 if (zone)
4427                         setup_zone_pageset(zone);
4428 #endif
4429                 /* we have to stop all cpus to guarantee there is no user
4430                    of zonelist */
4431                 stop_machine(__build_all_zonelists, pgdat, NULL);
4432                 /* cpuset refresh routine should be here */
4433         }
4434         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
4435         /*
4436          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
4437          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
4438          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
4439          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
4440          * disabled and enable it later
4441          */
4442         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
4443                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
4444         else
4445                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
4446
4447         pr_info("Built %i zonelists in %s order, mobility grouping %s.  "
4448                 "Total pages: %ld\n",
4449                         nr_online_nodes,
4450                         zonelist_order_name[current_zonelist_order],
4451                         page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
4452                         vm_total_pages);
4453 #ifdef CONFIG_NUMA
4454         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
4455 #endif
4456 }
4457
4458 /*
4459  * Helper functions to size the waitqueue hash table.
4460  * Essentially these want to choose hash table sizes sufficiently
4461  * large so that collisions trying to wait on pages are rare.
4462  * But in fact, the number of active page waitqueues on typical
4463  * systems is ridiculously low, less than 200. So this is even
4464  * conservative, even though it seems large.
4465  *
4466  * The constant PAGES_PER_WAITQUEUE specifies the ratio of pages to
4467  * waitqueues, i.e. the size of the waitq table given the number of pages.
4468  */
4469 #define PAGES_PER_WAITQUEUE     256
4470
4471 #ifndef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
4472 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4473 {
4474         unsigned long size = 1;
4475
4476         pages /= PAGES_PER_WAITQUEUE;
4477
4478         while (size < pages)
4479                 size <<= 1;
4480
4481         /*
4482          * Once we have dozens or even hundreds of threads sleeping
4483          * on IO we've got bigger problems than wait queue collision.
4484          * Limit the size of the wait table to a reasonable size.
4485          */
4486         size = min(size, 4096UL);
4487
4488         return max(size, 4UL);
4489 }
4490 #else
4491 /*
4492  * A zone's size might be changed by hot-add, so it is not possible to determine
4493  * a suitable size for its wait_table.  So we use the maximum size now.
4494  *
4495  * The max wait table size = 4096 x sizeof(wait_queue_head_t).   ie:
4496  *
4497  *    i386 (preemption config)    : 4096 x 16 = 64Kbyte.
4498  *    ia64, x86-64 (no preemption): 4096 x 20 = 80Kbyte.
4499  *    ia64, x86-64 (preemption)   : 4096 x 24 = 96Kbyte.
4500  *
4501  * The maximum entries are prepared when a zone's memory is (512K + 256) pages
4502  * or more by the traditional way. (See above).  It equals:
4503  *
4504  *    i386, x86-64, powerpc(4K page size) : =  ( 2G + 1M)byte.
4505  *    ia64(16K page size)                 : =  ( 8G + 4M)byte.
4506  *    powerpc (64K page size)             : =  (32G +16M)byte.
4507  */
4508 static inline unsigned long wait_table_hash_nr_entries(unsigned long pages)
4509 {
4510         return 4096UL;
4511 }
4512 #endif
4513
4514 /*
4515  * This is an integer logarithm so that shifts can be used later
4516  * to extract the more random high bits from the multiplicative
4517  * hash function before the remainder is taken.
4518  */
4519 static inline unsigned long wait_table_bits(unsigned long size)
4520 {
4521         return ffz(~size);
4522 }
4523
4524 /*
4525  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
4526  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
4527  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
4528  */
4529 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
4530                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context)
4531 {
4532         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4533         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
4534         unsigned long pfn;
4535         struct zone *z;
4536         unsigned long nr_initialised = 0;
4537
4538         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
4539                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
4540
4541         z = &pgdat->node_zones[zone];
4542         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
4543                 /*
4544                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s
4545                  * handed to this function.  They do not
4546                  * exist on hotplugged memory.
4547                  */
4548                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
4549                         if (!early_pfn_valid(pfn))
4550                                 continue;
4551                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
4552                                 continue;
4553                         if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn,
4554                                                 &nr_initialised))
4555                                 break;
4556                 }
4557
4558                 /*
4559                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
4560                  * movable at startup. This will force kernel allocations
4561                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
4562                  * the address space during boot when many long-lived
4563                  * kernel allocations are made.
4564                  *
4565                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
4566                  * can be created for invalid pages (for alignment)
4567                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
4568                  * pfn out of zone.
4569                  */
4570                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
4571                         struct page *page = pfn_to_page(pfn);
4572
4573                         __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
4574                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
4575                 } else {
4576                         __init_single_pfn(pfn, zone, nid);
4577                 }
4578         }
4579 }
4580
4581 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
4582 {
4583         unsigned int order, t;
4584         for_each_migratetype_order(order, t) {
4585                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
4586                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
4587         }
4588 }
4589
4590 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
4591 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
4592         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY)
4593 #endif
4594
4595 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
4596 {
4597 #ifdef CONFIG_MMU
4598         int batch;
4599
4600         /*
4601          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
4602          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
4603          *
4604          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
4605          */
4606         batch = zone->managed_pages / 1024;
4607         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
4608                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
4609         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
4610         if (batch < 1)
4611                 batch = 1;
4612
4613         /*
4614          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
4615          * of 2 value was found to be more likely to have
4616          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
4617          *
4618          * For example if 2 tasks are alternately allocating
4619          * batches of pages, one task can end up with a lot
4620          * of pages of one half of the possible page colors
4621          * and the other with pages of the other colors.
4622          */
4623         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
4624
4625         return batch;
4626
4627 #else
4628         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
4629          * conditions.
4630          *
4631          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
4632          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
4633          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
4634          *
4635          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
4636          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
4637          * can be a significant delay between the individual batches being
4638          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
4639          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
4640          */
4641         return 0;
4642 #endif
4643 }
4644
4645 /*
4646  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
4647  * ->batch must never be higher then ->high.
4648  * The following function updates them in a safe manner without read side
4649  * locking.
4650  *
4651  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
4652  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
4653  *
4654  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
4655  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
4656  * exist).
4657  */
4658 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
4659                 unsigned long batch)
4660 {
4661        /* start with a fail safe value for batch */
4662         pcp->batch = 1;
4663         smp_wmb();
4664
4665        /* Update high, then batch, in order */
4666         pcp->high = high;
4667         smp_wmb();
4668
4669         pcp->batch = batch;
4670 }
4671
4672 /* a companion to pageset_set_high() */
4673 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4674 {
4675         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
4676 }
4677
4678 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
4679 {
4680         struct per_cpu_pages *pcp;
4681         int migratetype;
4682
4683         memset(p, 0, sizeof(*p));
4684
4685         pcp = &p->pcp;
4686         pcp->count = 0;
4687         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
4688                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
4689 }
4690
4691 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
4692 {
4693         pageset_init(p);
4694         pageset_set_batch(p, batch);
4695 }
4696
4697 /*
4698  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
4699  * to the value high for the pageset p.
4700  */
4701 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
4702                                 unsigned long high)
4703 {
4704         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
4705         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
4706                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
4707
4708         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
4709 }
4710
4711 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
4712                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
4713 {
4714         if (percpu_pagelist_fraction)
4715                 pageset_set_high(pcp,
4716                         (zone->managed_pages /
4717                                 percpu_pagelist_fraction));
4718         else
4719                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
4720 }
4721
4722 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
4723 {
4724         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
4725
4726         pageset_init(pcp);
4727         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
4728 }
4729
4730 static void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
4731 {
4732         int cpu;
4733         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
4734         for_each_possible_cpu(cpu)
4735                 zone_pageset_init(zone, cpu);
4736 }
4737
4738 /*
4739  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
4740  * Before this call only boot pagesets were available.
4741  */
4742 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
4743 {
4744         struct zone *zone;
4745
4746         for_each_populated_zone(zone)
4747                 setup_zone_pageset(zone);
4748 }
4749
4750 static noinline __init_refok
4751 int zone_wait_table_init(struct zone *zone, unsigned long zone_size_pages)
4752 {
4753         int i;
4754         size_t alloc_size;
4755
4756         /*
4757          * The per-page waitqueue mechanism uses hashed waitqueues
4758          * per zone.
4759          */
4760         zone->wait_table_hash_nr_entries =
4761                  wait_table_hash_nr_entries(zone_size_pages);
4762         zone->wait_table_bits =
4763                 wait_table_bits(zone->wait_table_hash_nr_entries);
4764         alloc_size = zone->wait_table_hash_nr_entries
4765                                         * sizeof(wait_queue_head_t);
4766
4767         if (!slab_is_available()) {
4768                 zone->wait_table = (wait_queue_head_t *)
4769                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(
4770                                 alloc_size, zone->zone_pgdat->node_id);
4771         } else {
4772                 /*
4773                  * This case means that a zone whose size was 0 gets new memory
4774                  * via memory hot-add.
4775                  * But it may be the case that a new node was hot-added.  In
4776                  * this case vmalloc() will not be able to use this new node's
4777                  * memory - this wait_table must be initialized to use this new
4778                  * node itself as well.
4779                  * To use this new node's memory, further consideration will be
4780                  * necessary.
4781                  */
4782                 zone->wait_table = vmalloc(alloc_size);
4783         }
4784         if (!zone->wait_table)
4785                 return -ENOMEM;
4786
4787         for (i = 0; i < zone->wait_table_hash_nr_entries; ++i)
4788                 init_waitqueue_head(zone->wait_table + i);
4789
4790         return 0;
4791 }
4792
4793 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
4794 {
4795         /*
4796          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
4797          * relies on the ability of the linker to provide the
4798          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
4799          */
4800         zone->pageset = &boot_pageset;
4801
4802         if (populated_zone(zone))
4803                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
4804                         zone->name, zone->present_pages,
4805                                          zone_batchsize(zone));
4806 }
4807
4808 int __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
4809                                         unsigned long zone_start_pfn,
4810                                         unsigned long size)
4811 {
4812         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
4813         int ret;
4814         ret = zone_wait_table_init(zone, size);
4815         if (ret)
4816                 return ret;
4817         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
4818
4819         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
4820
4821         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
4822                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
4823                         pgdat->node_id,
4824                         (unsigned long)zone_idx(zone),
4825                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
4826
4827         zone_init_free_lists(zone);
4828
4829         return 0;
4830 }
4831
4832 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
4833 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
4834
4835 /*
4836  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
4837  */
4838 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
4839                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
4840 {
4841         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4842         int nid;
4843
4844         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
4845                 return state->last_nid;
4846
4847         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
4848         if (nid != -1) {
4849                 state->last_start = start_pfn;
4850                 state->last_end = end_pfn;
4851                 state->last_nid = nid;
4852         }
4853
4854         return nid;
4855 }
4856 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
4857
4858 /**
4859  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
4860  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
4861  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
4862  *
4863  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
4864  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
4865  * memblock_free_early_nid() manually.
4866  */
4867 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
4868 {
4869         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4870         int i, this_nid;
4871
4872         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
4873                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
4874                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
4875
4876                 if (start_pfn < end_pfn)
4877                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
4878                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
4879                                         this_nid);
4880         }
4881 }
4882
4883 /**
4884  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
4885  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
4886  *
4887  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
4888  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
4889  */
4890 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
4891 {
4892         unsigned long start_pfn, end_pfn;
4893         int i, this_nid;
4894
4895         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
4896                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
4897 }
4898
4899 /**
4900  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
4901  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
4902  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
4903  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
4904  *
4905  * It returns the start and end page frame of a node based on information
4906  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
4907  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
4908  * PFNs will be 0.
4909  */
4910 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
4911                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
4912 {
4913         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
4914         int i;
4915
4916         *start_pfn = -1UL;
4917         *end_pfn = 0;
4918
4919         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
4920                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
4921                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
4922         }
4923
4924         if (*start_pfn == -1UL)
4925                 *start_pfn = 0;
4926 }
4927
4928 /*
4929  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
4930  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
4931  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
4932  */
4933 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
4934 {
4935         int zone_index;
4936         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
4937                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
4938                         continue;
4939
4940                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
4941                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
4942                         break;
4943         }
4944
4945         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
4946         movable_zone = zone_index;
4947 }
4948
4949 /*
4950  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
4951  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
4952  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
4953  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
4954  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
4955  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
4956  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
4957  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
4958  */
4959 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
4960                                         unsigned long zone_type,
4961                                         unsigned long node_start_pfn,
4962                                         unsigned long node_end_pfn,
4963                                         unsigned long *zone_start_pfn,
4964                                         unsigned long *zone_end_pfn)
4965 {
4966         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
4967         if (zone_movable_pfn[nid]) {
4968                 /* Size ZONE_MOVABLE */
4969                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
4970                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4971                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
4972                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
4973
4974                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
4975                 } else if (*zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
4976                                 *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
4977                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
4978
4979                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
4980                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
4981                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
4982         }
4983 }
4984
4985 /*
4986  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
4987  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
4988  */
4989 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
4990                                         unsigned long zone_type,
4991                                         unsigned long node_start_pfn,
4992                                         unsigned long node_end_pfn,
4993                                         unsigned long *ignored)
4994 {
4995         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
4996
4997         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
4998         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
4999                 return 0;
5000
5001         /* Get the start and end of the zone */
5002         zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5003         zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5004         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5005                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5006                                 &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5007
5008         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5009         if (zone_end_pfn < node_start_pfn || zone_start_pfn > node_end_pfn)
5010                 return 0;
5011
5012         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5013         zone_end_pfn = min(zone_end_pfn, node_end_pfn);
5014         zone_start_pfn = max(zone_start_pfn, node_start_pfn);
5015
5016         /* Return the spanned pages */
5017         return zone_end_pfn - zone_start_pfn;
5018 }
5019
5020 /*
5021  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5022  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5023  */
5024 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5025                                 unsigned long range_start_pfn,
5026                                 unsigned long range_end_pfn)
5027 {
5028         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5029         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5030         int i;
5031
5032         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5033                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5034                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5035                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5036         }
5037         return nr_absent;
5038 }
5039
5040 /**
5041  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5042  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5043  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5044  *
5045  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5046  */
5047 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5048                                                         unsigned long end_pfn)
5049 {
5050         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5051 }
5052
5053 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5054 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5055                                         unsigned long zone_type,
5056                                         unsigned long node_start_pfn,
5057                                         unsigned long node_end_pfn,
5058                                         unsigned long *ignored)
5059 {
5060         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5061         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5062         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5063
5064         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5065         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5066                 return 0;
5067
5068         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5069         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5070
5071         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5072                         node_start_pfn, node_end_pfn,
5073                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
5074         return __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5075 }
5076
5077 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5078 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5079                                         unsigned long zone_type,
5080                                         unsigned long node_start_pfn,
5081                                         unsigned long node_end_pfn,
5082                                         unsigned long *zones_size)
5083 {
5084         return zones_size[zone_type];
5085 }
5086
5087 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5088                                                 unsigned long zone_type,
5089                                                 unsigned long node_start_pfn,
5090                                                 unsigned long node_end_pfn,
5091                                                 unsigned long *zholes_size)
5092 {
5093         if (!zholes_size)
5094                 return 0;
5095
5096         return zholes_size[zone_type];
5097 }
5098
5099 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5100
5101 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
5102                                                 unsigned long node_start_pfn,
5103                                                 unsigned long node_end_pfn,
5104                                                 unsigned long *zones_size,
5105                                                 unsigned long *zholes_size)
5106 {
5107         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
5108         enum zone_type i;
5109
5110         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5111                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5112                 unsigned long size, real_size;
5113
5114                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5115                                                   node_start_pfn,
5116                                                   node_end_pfn,
5117                                                   zones_size);
5118                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
5119                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
5120                                                   zholes_size);
5121                 zone->spanned_pages = size;
5122                 zone->present_pages = real_size;
5123
5124                 totalpages += size;
5125                 realtotalpages += real_size;
5126         }
5127
5128         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
5129         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
5130         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
5131                                                         realtotalpages);
5132 }
5133
5134 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
5135 /*
5136  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
5137  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
5138  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
5139  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
5140  * bytes.
5141  */
5142 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
5143 {
5144         unsigned long usemapsize;
5145
5146         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
5147         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
5148         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
5149         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
5150         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
5151
5152         return usemapsize / 8;
5153 }
5154
5155 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
5156                                 struct zone *zone,
5157                                 unsigned long zone_start_pfn,
5158                                 unsigned long zonesize)
5159 {
5160         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
5161         zone->pageblock_flags = NULL;
5162         if (usemapsize)
5163                 zone->pageblock_flags =
5164                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
5165                                                          pgdat->node_id);
5166 }
5167 #else
5168 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
5169                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
5170 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
5171
5172 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
5173
5174 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
5175 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5176 {
5177         unsigned int order;
5178
5179         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
5180         if (pageblock_order)
5181                 return;
5182
5183         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
5184                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
5185         else
5186                 order = MAX_ORDER - 1;
5187
5188         /*
5189          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
5190          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
5191          * powerpc.
5192          */
5193         pageblock_order = order;
5194 }
5195 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5196
5197 /*
5198  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
5199  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
5200  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
5201  * the kernel config
5202  */
5203 void __paginginit set_pageblock_order(void)
5204 {
5205 }
5206
5207 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
5208
5209 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
5210                                                    unsigned long present_pages)
5211 {
5212         unsigned long pages = spanned_pages;
5213
5214         /*
5215          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
5216          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
5217          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
5218          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
5219          * populated regions may not naturally algined on page boundary.
5220          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
5221          */
5222         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
5223             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
5224                 pages = present_pages;
5225
5226         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
5227 }
5228
5229 /*
5230  * Set up the zone data structures:
5231  *   - mark all pages reserved
5232  *   - mark all memory queues empty
5233  *   - clear the memory bitmaps
5234  *
5235  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
5236  */
5237 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
5238 {
5239         enum zone_type j;
5240         int nid = pgdat->node_id;
5241         unsigned long zone_start_pfn = pgdat->node_start_pfn;
5242         int ret;
5243
5244         pgdat_resize_init(pgdat);
5245 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
5246         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
5247         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
5248         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
5249 #endif
5250         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
5251         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
5252         pgdat_page_ext_init(pgdat);
5253
5254         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5255                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
5256                 unsigned long size, realsize, freesize, memmap_pages;
5257
5258                 size = zone->spanned_pages;
5259                 realsize = freesize = zone->present_pages;
5260
5261                 /*
5262                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
5263                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
5264                  * and per-cpu initialisations
5265                  */
5266                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, realsize);
5267                 if (!is_highmem_idx(j)) {
5268                         if (freesize >= memmap_pages) {
5269                                 freesize -= memmap_pages;
5270                                 if (memmap_pages)
5271                                         printk(KERN_DEBUG
5272                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
5273                                                zone_names[j], memmap_pages);
5274                         } else
5275                                 printk(KERN_WARNING
5276                                         "  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
5277                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
5278                 }
5279
5280                 /* Account for reserved pages */
5281                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
5282                         freesize -= dma_reserve;
5283                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
5284                                         zone_names[0], dma_reserve);
5285                 }
5286
5287                 if (!is_highmem_idx(j))
5288                         nr_kernel_pages += freesize;
5289                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
5290                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
5291                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
5292                 nr_all_pages += freesize;
5293
5294                 /*
5295                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
5296                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
5297                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
5298                  */
5299                 zone->managed_pages = is_highmem_idx(j) ? realsize : freesize;
5300 #ifdef CONFIG_NUMA
5301                 zone->node = nid;
5302                 zone->min_unmapped_pages = (freesize*sysctl_min_unmapped_ratio)
5303                                                 / 100;
5304                 zone->min_slab_pages = (freesize * sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5305 #endif
5306                 zone->name = zone_names[j];
5307                 spin_lock_init(&zone->lock);
5308                 spin_lock_init(&zone->lru_lock);
5309                 zone_seqlock_init(zone);
5310                 zone->zone_pgdat = pgdat;
5311                 zone_pcp_init(zone);
5312
5313                 /* For bootup, initialized properly in watermark setup */
5314                 mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH, zone->managed_pages);
5315
5316                 lruvec_init(&zone->lruvec);
5317                 if (!size)
5318                         continue;
5319
5320                 set_pageblock_order();
5321                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
5322                 ret = init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
5323                 BUG_ON(ret);
5324                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
5325                 zone_start_pfn += size;
5326         }
5327 }
5328
5329 static void __init_refok alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
5330 {
5331         unsigned long __maybe_unused start = 0;
5332         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
5333
5334         /* Skip empty nodes */
5335         if (!pgdat->node_spanned_pages)
5336                 return;
5337
5338 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5339         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
5340         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
5341         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
5342         if (!pgdat->node_mem_map) {
5343                 unsigned long size, end;
5344                 struct page *map;
5345
5346                 /*
5347                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
5348                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
5349                  * for the buddy allocator to function correctly.
5350                  */
5351                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
5352                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5353                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
5354                 map = alloc_remap(pgdat->node_id, size);
5355                 if (!map)
5356                         map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size,
5357                                                                pgdat->node_id);
5358                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
5359         }
5360 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
5361         /*
5362          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
5363          */
5364         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
5365                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
5366 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
5367                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
5368                         mem_map -= offset;
5369 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5370         }
5371 #endif
5372 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
5373 }
5374
5375 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
5376                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
5377 {
5378         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5379         unsigned long start_pfn = 0;
5380         unsigned long end_pfn = 0;
5381
5382         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
5383         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->classzone_idx);
5384
5385         reset_deferred_meminit(pgdat);
5386         pgdat->node_id = nid;
5387         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
5388 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5389         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
5390         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5391                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5392                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
5393 #endif
5394         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
5395                                   zones_size, zholes_size);
5396
5397         alloc_node_mem_map(pgdat);
5398 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
5399         printk(KERN_DEBUG "free_area_init_node: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
5400                 nid, (unsigned long)pgdat,
5401                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
5402 #endif
5403
5404         free_area_init_core(pgdat);
5405 }
5406
5407 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5408
5409 #if MAX_NUMNODES > 1
5410 /*
5411  * Figure out the number of possible node ids.
5412  */
5413 void __init setup_nr_node_ids(void)
5414 {
5415         unsigned int highest;
5416
5417         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
5418         nr_node_ids = highest + 1;
5419 }
5420 #endif
5421
5422 /**
5423  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
5424  *
5425  * This function should be called after node map is populated and sorted.
5426  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
5427  * all the nodes.
5428  *
5429  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
5430  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
5431  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
5432  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
5433  *
5434  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
5435  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
5436  * populated node map.
5437  *
5438  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
5439  * requirement (single node).
5440  */
5441 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
5442 {
5443         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
5444         unsigned long start, end, mask;
5445         int last_nid = -1;
5446         int i, nid;
5447
5448         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
5449                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
5450                         last_nid = nid;
5451                         last_end = end;
5452                         continue;
5453                 }
5454
5455                 /*
5456                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
5457                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
5458                  * too coarse to separate the current node from the last.
5459                  */
5460                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
5461                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
5462                         mask <<= 1;
5463
5464                 /* accumulate all internode masks */
5465                 accl_mask |= mask;
5466         }
5467
5468         /* convert mask to number of pages */
5469         return ~accl_mask + 1;
5470 }
5471
5472 /* Find the lowest pfn for a node */
5473 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
5474 {
5475         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
5476         unsigned long start_pfn;
5477         int i;
5478
5479         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
5480                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
5481
5482         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
5483                 printk(KERN_WARNING
5484                         "Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
5485                 return 0;
5486         }
5487
5488         return min_pfn;
5489 }
5490
5491 /**
5492  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
5493  *
5494  * It returns the minimum PFN based on information provided via
5495  * memblock_set_node().
5496  */
5497 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
5498 {
5499         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
5500 }
5501
5502 /*
5503  * early_calculate_totalpages()
5504  * Sum pages in active regions for movable zone.
5505  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
5506  */
5507 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
5508 {
5509         unsigned long totalpages = 0;
5510         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5511         int i, nid;
5512
5513         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
5514                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
5515
5516                 totalpages += pages;
5517                 if (pages)
5518                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5519         }
5520         return totalpages;
5521 }
5522
5523 /*
5524  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
5525  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
5526  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
5527  * others
5528  */
5529 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
5530 {
5531         int i, nid;
5532         unsigned long usable_startpfn;
5533         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
5534         /* save the state before borrow the nodemask */
5535         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
5536         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
5537         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
5538         struct memblock_region *r;
5539
5540         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
5541         find_usable_zone_for_movable();
5542
5543         /*
5544          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
5545          * options.
5546          */
5547         if (movable_node_is_enabled()) {
5548                 for_each_memblock(memory, r) {
5549                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
5550                                 continue;
5551
5552                         nid = r->nid;
5553
5554                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
5555                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
5556                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
5557                                 usable_startpfn;
5558                 }
5559
5560                 goto out2;
5561         }
5562
5563         /*
5564          * If movablecore=nn[KMG] was specified, calculate what size of
5565          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
5566          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
5567          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
5568          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
5569          * what movablecore would have allowed.
5570          */
5571         if (required_movablecore) {
5572                 unsigned long corepages;
5573
5574                 /*
5575                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
5576                  * was requested by the user
5577                  */
5578                 required_movablecore =
5579                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
5580                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
5581                 corepages = totalpages - required_movablecore;
5582
5583                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
5584         }
5585
5586         /*
5587          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
5588          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
5589          */
5590         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
5591                 goto out;
5592
5593         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
5594         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
5595
5596 restart:
5597         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
5598         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5599         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
5600                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
5601
5602                 /*
5603                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
5604                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
5605                  * amount of memory for the kernel
5606                  */
5607                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
5608                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
5609
5610                 /*
5611                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
5612                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
5613                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
5614                  */
5615                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
5616
5617                 /* Go through each range of PFNs within this node */
5618                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5619                         unsigned long size_pages;
5620
5621                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
5622                         if (start_pfn >= end_pfn)
5623                                 continue;
5624
5625                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
5626                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
5627                                 unsigned long kernel_pages;
5628                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
5629                                                                 - start_pfn;
5630
5631                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
5632                                                         kernelcore_remaining);
5633                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
5634                                                         required_kernelcore);
5635
5636                                 /* Continue if range is now fully accounted */
5637                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
5638
5639                                         /*
5640                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
5641                                          * that if we have to rebalance
5642                                          * kernelcore across nodes, we will
5643                                          * not double account here
5644                                          */
5645                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
5646                                         continue;
5647                                 }
5648                                 start_pfn = usable_startpfn;
5649                         }
5650
5651                         /*
5652                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
5653                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
5654                          * number of pages used as kernelcore
5655                          */
5656                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
5657                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
5658                                 size_pages = kernelcore_remaining;
5659                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
5660
5661                         /*
5662                          * Some kernelcore has been met, update counts and
5663                          * break if the kernelcore for this node has been
5664                          * satisfied
5665                          */
5666                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
5667                                                                 size_pages);
5668                         kernelcore_remaining -= size_pages;
5669                         if (!kernelcore_remaining)
5670                                 break;
5671                 }
5672         }
5673
5674         /*
5675          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
5676          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
5677          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
5678          * satisfied
5679          */
5680         usable_nodes--;
5681         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
5682                 goto restart;
5683
5684 out2:
5685         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
5686         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
5687                 zone_movable_pfn[nid] =
5688                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
5689
5690 out:
5691         /* restore the node_state */
5692         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
5693 }
5694
5695 /* Any regular or high memory on that node ? */
5696 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
5697 {
5698         enum zone_type zone_type;
5699
5700         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
5701                 return;
5702
5703         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
5704                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5705                 if (populated_zone(zone)) {
5706                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
5707                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
5708                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
5709                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
5710                         break;
5711                 }
5712         }
5713 }
5714
5715 /**
5716  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
5717  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
5718  *
5719  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
5720  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
5721  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
5722  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
5723  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
5724  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
5725  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
5726  * at arch_max_dma_pfn.
5727  */
5728 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
5729 {
5730         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5731         int i, nid;
5732
5733         /* Record where the zone boundaries are */
5734         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
5735                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
5736         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
5737                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
5738         arch_zone_lowest_possible_pfn[0] = find_min_pfn_with_active_regions();
5739         arch_zone_highest_possible_pfn[0] = max_zone_pfn[0];
5740         for (i = 1; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5741                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5742                         continue;
5743                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] =
5744                         arch_zone_highest_possible_pfn[i-1];
5745                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] =
5746                         max(max_zone_pfn[i], arch_zone_lowest_possible_pfn[i]);
5747         }
5748         arch_zone_lowest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5749         arch_zone_highest_possible_pfn[ZONE_MOVABLE] = 0;
5750
5751         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5752         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
5753         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
5754
5755         /* Print out the zone ranges */
5756         pr_info("Zone ranges:\n");
5757         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5758                 if (i == ZONE_MOVABLE)
5759                         continue;
5760                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
5761                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
5762                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
5763                         pr_cont("empty\n");
5764                 else
5765                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
5766                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
5767                                         << PAGE_SHIFT,
5768                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
5769                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
5770         }
5771
5772         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
5773         pr_info("Movable zone start for each node\n");
5774         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
5775                 if (zone_movable_pfn[i])
5776                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
5777                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
5778         }
5779
5780         /* Print out the early node map */
5781         pr_info("Early memory node ranges\n");
5782         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
5783                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
5784                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
5785                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
5786
5787         /* Initialise every node */
5788         mminit_verify_pageflags_layout();
5789         setup_nr_node_ids();
5790         for_each_online_node(nid) {
5791                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5792                 free_area_init_node(nid, NULL,
5793                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
5794
5795                 /* Any memory on that node */
5796                 if (pgdat->node_present_pages)
5797                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
5798                 check_for_memory(pgdat, nid);
5799         }
5800 }
5801
5802 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core)
5803 {
5804         unsigned long long coremem;
5805         if (!p)
5806                 return -EINVAL;
5807
5808         coremem = memparse(p, &p);
5809         *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
5810
5811         /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
5812         WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
5813
5814         return 0;
5815 }
5816
5817 /*
5818  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5819  * cannot be reclaimed or migrated.
5820  */
5821 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
5822 {
5823         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore);
5824 }
5825
5826 /*
5827  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
5828  * can be reclaimed or migrated.
5829  */
5830 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
5831 {
5832         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore);
5833 }
5834
5835 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
5836 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
5837
5838 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
5839
5840 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5841 {
5842         spin_lock(&managed_page_count_lock);
5843         page_zone(page)->managed_pages += count;
5844         totalram_pages += count;
5845 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5846         if (PageHighMem(page))
5847                 totalhigh_pages += count;
5848 #endif
5849         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
5850 }
5851 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5852
5853 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
5854 {
5855         void *pos;
5856         unsigned long pages = 0;
5857
5858         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5859         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5860         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5861                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5862                         memset(pos, poison, PAGE_SIZE);
5863                 free_reserved_page(virt_to_page(pos));
5864         }
5865
5866         if (pages && s)
5867                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK (%p - %p)\n",
5868                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10), start, end);
5869
5870         return pages;
5871 }
5872 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
5873
5874 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5875 void free_highmem_page(struct page *page)
5876 {
5877         __free_reserved_page(page);
5878         totalram_pages++;
5879         page_zone(page)->managed_pages++;
5880         totalhigh_pages++;
5881 }
5882 #endif
5883
5884
5885 void __init mem_init_print_info(const char *str)
5886 {
5887         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
5888         unsigned long init_code_size, init_data_size;
5889
5890         physpages = get_num_physpages();
5891         codesize = _etext - _stext;
5892         datasize = _edata - _sdata;
5893         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
5894         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
5895         init_data_size = __init_end - __init_begin;
5896         init_code_size = _einittext - _sinittext;
5897
5898         /*
5899          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
5900          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
5901          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
5902          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
5903          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
5904          */
5905 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
5906         do { \
5907                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
5908                         size -= adj; \
5909         } while (0)
5910
5911         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
5912                      _sinittext, init_code_size);
5913         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
5914         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
5915         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
5916         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
5917
5918 #undef  adj_init_size
5919
5920         pr_info("Memory: %luK/%luK available "
5921                "(%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, "
5922                "%luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
5923 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5924                ", %luK highmem"
5925 #endif
5926                "%s%s)\n",
5927                nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT-10), physpages << (PAGE_SHIFT-10),
5928                codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
5929                (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
5930                (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT-10),
5931                totalcma_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5932 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
5933                totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT-10),
5934 #endif
5935                str ? ", " : "", str ? str : "");
5936 }
5937
5938 /**
5939  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
5940  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
5941  *
5942  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
5943  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
5944  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
5945  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
5946  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
5947  * smaller per-cpu batchsize.
5948  */
5949 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
5950 {
5951         dma_reserve = new_dma_reserve;
5952 }
5953
5954 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
5955 {
5956         free_area_init_node(0, zones_size,
5957                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
5958 }
5959
5960 static int page_alloc_cpu_notify(struct notifier_block *self,
5961                                  unsigned long action, void *hcpu)
5962 {
5963         int cpu = (unsigned long)hcpu;
5964
5965         if (action == CPU_DEAD || action == CPU_DEAD_FROZEN) {
5966                 lru_add_drain_cpu(cpu);
5967                 drain_pages(cpu);
5968
5969                 /*
5970                  * Spill the event counters of the dead processor
5971                  * into the current processors event counters.
5972                  * This artificially elevates the count of the current
5973                  * processor.
5974                  */
5975                 vm_events_fold_cpu(cpu);
5976
5977                 /*
5978                  * Zero the differential counters of the dead processor
5979                  * so that the vm statistics are consistent.
5980                  *
5981                  * This is only okay since the processor is dead and cannot
5982                  * race with what we are doing.
5983                  */
5984                 cpu_vm_stats_fold(cpu);
5985         }
5986         return NOTIFY_OK;
5987 }
5988
5989 void __init page_alloc_init(void)
5990 {
5991         hotcpu_notifier(page_alloc_cpu_notify, 0);
5992         local_irq_lock_init(pa_lock);
5993 }
5994
5995 /*
5996  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5997  *      or min_free_kbytes changes.
5998  */
5999 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6000 {
6001         struct pglist_data *pgdat;
6002         unsigned long reserve_pages = 0;
6003         enum zone_type i, j;
6004
6005         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6006                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6007                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6008                         long max = 0;
6009
6010                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6011                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6012                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6013                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6014                         }
6015
6016                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6017                         max += high_wmark_pages(zone);
6018
6019                         if (max > zone->managed_pages)
6020                                 max = zone->managed_pages;
6021                         reserve_pages += max;
6022                         /*
6023                          * Lowmem reserves are not available to
6024                          * GFP_HIGHUSER page cache allocations and
6025                          * kswapd tries to balance zones to their high
6026                          * watermark.  As a result, neither should be
6027                          * regarded as dirtyable memory, to prevent a
6028                          * situation where reclaim has to clean pages
6029                          * in order to balance the zones.
6030                          */
6031                         zone->dirty_balance_reserve = max;
6032                 }
6033         }
6034         dirty_balance_reserve = reserve_pages;
6035         totalreserve_pages = reserve_pages;
6036 }
6037
6038 /*
6039  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6040  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6041  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6042  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6043  */
6044 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6045 {
6046         struct pglist_data *pgdat;
6047         enum zone_type j, idx;
6048
6049         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6050                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6051                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6052                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
6053
6054                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6055
6056                         idx = j;
6057                         while (idx) {
6058                                 struct zone *lower_zone;
6059
6060                                 idx--;
6061
6062                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1)
6063                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 1;
6064
6065                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
6066                                 lower_zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages /
6067                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
6068                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
6069                         }
6070                 }
6071         }
6072
6073         /* update totalreserve_pages */
6074         calculate_totalreserve_pages();
6075 }
6076
6077 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6078 {
6079         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6080         unsigned long lowmem_pages = 0;
6081         struct zone *zone;
6082         unsigned long flags;
6083
6084         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6085         for_each_zone(zone) {
6086                 if (!is_highmem(zone))
6087                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
6088         }
6089
6090         for_each_zone(zone) {
6091                 u64 tmp;
6092
6093                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6094                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
6095                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6096                 if (is_highmem(zone)) {
6097                         /*
6098                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6099                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6100                          * value here.
6101                          *
6102                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6103                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
6104                          * not be capped for highmem.
6105                          */
6106                         unsigned long min_pages;
6107
6108                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
6109                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6110                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6111                 } else {
6112                         /*
6113                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6114                          * proportionate to the zone's size.
6115                          */
6116                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6117                 }
6118
6119                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 2);
6120                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + (tmp >> 1);
6121
6122                 __mod_zone_page_state(zone, NR_ALLOC_BATCH,
6123                         high_wmark_pages(zone) - low_wmark_pages(zone) -
6124                         atomic_long_read(&zone->vm_stat[NR_ALLOC_BATCH]));
6125
6126                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6127         }
6128
6129         /* update totalreserve_pages */
6130         calculate_totalreserve_pages();
6131 }
6132
6133 /**
6134  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6135  * or when memory is hot-{added|removed}
6136  *
6137  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6138  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6139  */
6140 void setup_per_zone_wmarks(void)
6141 {
6142         mutex_lock(&zonelists_mutex);
6143         __setup_per_zone_wmarks();
6144         mutex_unlock(&zonelists_mutex);
6145 }
6146
6147 /*
6148  * The inactive anon list should be small enough that the VM never has to
6149  * do too much work, but large enough that each inactive page has a chance
6150  * to be referenced again before it is swapped out.
6151  *
6152  * The inactive_anon ratio is the target ratio of ACTIVE_ANON to
6153  * INACTIVE_ANON pages on this zone's LRU, maintained by the
6154  * pageout code. A zone->inactive_ratio of 3 means 3:1 or 25% of
6155  * the anonymous pages are kept on the inactive list.
6156  *
6157  * total     target    max
6158  * memory    ratio     inactive anon
6159  * -------------------------------------
6160  *   10MB       1         5MB
6161  *  100MB       1        50MB
6162  *    1GB       3       250MB
6163  *   10GB      10       0.9GB
6164  *  100GB      31         3GB
6165  *    1TB     101        10GB
6166  *   10TB     320        32GB
6167  */
6168 static void __meminit calculate_zone_inactive_ratio(struct zone *zone)
6169 {
6170         unsigned int gb, ratio;
6171
6172         /* Zone size in gigabytes */
6173         gb = zone->managed_pages >> (30 - PAGE_SHIFT);
6174         if (gb)
6175                 ratio = int_sqrt(10 * gb);
6176         else
6177                 ratio = 1;
6178
6179         zone->inactive_ratio = ratio;
6180 }
6181
6182 static void __meminit setup_per_zone_inactive_ratio(void)
6183 {
6184         struct zone *zone;
6185
6186         for_each_zone(zone)
6187                 calculate_zone_inactive_ratio(zone);
6188 }
6189
6190 /*
6191  * Initialise min_free_kbytes.
6192  *
6193  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6194  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
6195  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6196  *
6197  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6198  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6199  *
6200  * which yields
6201  *
6202  * 16MB:        512k
6203  * 32MB:        724k
6204  * 64MB:        1024k
6205  * 128MB:       1448k
6206  * 256MB:       2048k
6207  * 512MB:       2896k
6208  * 1024MB:      4096k
6209  * 2048MB:      5792k
6210  * 4096MB:      8192k
6211  * 8192MB:      11584k
6212  * 16384MB:     16384k
6213  */
6214 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6215 {
6216         unsigned long lowmem_kbytes;
6217         int new_min_free_kbytes;
6218
6219         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6220         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6221
6222         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
6223                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
6224                 if (min_free_kbytes < 128)
6225                         min_free_kbytes = 128;
6226                 if (min_free_kbytes > 65536)
6227                         min_free_kbytes = 65536;
6228         } else {
6229                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6230                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6231         }
6232         setup_per_zone_wmarks();
6233         refresh_zone_stat_thresholds();
6234         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6235         setup_per_zone_inactive_ratio();
6236         return 0;
6237 }
6238 module_init(init_per_zone_wmark_min)
6239
6240 /*
6241  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6242  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6243  *      changes.
6244  */
6245 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6246         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6247 {
6248         int rc;
6249
6250         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6251         if (rc)
6252                 return rc;
6253
6254         if (write) {
6255                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6256                 setup_per_zone_wmarks();
6257         }
6258         return 0;
6259 }
6260
6261 #ifdef CONFIG_NUMA
6262 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6263         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6264 {
6265         struct zone *zone;
6266         int rc;
6267
6268         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6269         if (rc)
6270                 return rc;
6271
6272         for_each_zone(zone)
6273                 zone->min_unmapped_pages = (zone->managed_pages *
6274                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6275         return 0;
6276 }
6277
6278 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6279         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6280 {
6281         struct zone *zone;
6282         int rc;
6283
6284         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6285         if (rc)
6286                 return rc;
6287
6288         for_each_zone(zone)
6289                 zone->min_slab_pages = (zone->managed_pages *
6290                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6291         return 0;
6292 }
6293 #endif
6294
6295 /*
6296  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6297  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6298  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6299  *
6300  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6301  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6302  * if in function of the boot time zone sizes.
6303  */
6304 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6305         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6306 {
6307         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6308         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6309         return 0;
6310 }
6311
6312 /*
6313  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6314  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6315  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6316  */
6317 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6318         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6319 {
6320         struct zone *zone;
6321         int old_percpu_pagelist_fraction;
6322         int ret;
6323
6324         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6325         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
6326
6327         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6328         if (!write || ret < 0)
6329                 goto out;
6330
6331         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6332         if (percpu_pagelist_fraction &&
6333             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
6334                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
6335                 ret = -EINVAL;
6336                 goto out;
6337         }
6338
6339         /* No change? */
6340         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
6341                 goto out;
6342
6343         for_each_populated_zone(zone) {
6344                 unsigned int cpu;
6345
6346                 for_each_possible_cpu(cpu)
6347                         pageset_set_high_and_batch(zone,
6348                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6349         }
6350 out:
6351         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6352         return ret;
6353 }
6354
6355 #ifdef CONFIG_NUMA
6356 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6357
6358 static int __init set_hashdist(char *str)
6359 {
6360         if (!str)
6361                 return 0;
6362         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6363         return 1;
6364 }
6365 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6366 #endif
6367
6368 /*
6369  * allocate a large system hash table from bootmem
6370  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
6371  *   quantity of entries
6372  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
6373  */
6374 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
6375                                      unsigned long bucketsize,
6376                                      unsigned long numentries,
6377                                      int scale,
6378                                      int flags,
6379                                      unsigned int *_hash_shift,
6380                                      unsigned int *_hash_mask,
6381                                      unsigned long low_limit,
6382                                      unsigned long high_limit)
6383 {
6384         unsigned long long max = high_limit;
6385         unsigned long log2qty, size;
6386         void *table = NULL;
6387
6388         /* allow the kernel cmdline to have a say */
6389         if (!numentries) {
6390                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
6391                 numentries = nr_kernel_pages;
6392
6393                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
6394                 if (PAGE_SHIFT < 20)
6395                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
6396
6397                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
6398                 if (scale > PAGE_SHIFT)
6399                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
6400                 else
6401                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
6402
6403                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
6404                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
6405                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
6406                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
6407                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
6408                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
6409                                 BUG_ON(!numentries);
6410                         }
6411                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
6412                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
6413         }
6414         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
6415
6416         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
6417         if (max == 0) {
6418                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
6419                 do_div(max, bucketsize);
6420         }
6421         max = min(max, 0x80000000ULL);
6422
6423         if (numentries < low_limit)
6424                 numentries = low_limit;
6425         if (numentries > max)
6426                 numentries = max;
6427
6428         log2qty = ilog2(numentries);
6429
6430         do {
6431                 size = bucketsize << log2qty;
6432                 if (flags & HASH_EARLY)
6433                         table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
6434                 else if (hashdist)
6435                         table = __vmalloc(size, GFP_ATOMIC, PAGE_KERNEL);
6436                 else {
6437                         /*
6438                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
6439                          * some pages at the end of hash table which
6440                          * alloc_pages_exact() automatically does
6441                          */
6442                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
6443                                 table = alloc_pages_exact(size, GFP_ATOMIC);
6444                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, GFP_ATOMIC);
6445                         }
6446                 }
6447         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
6448
6449         if (!table)
6450                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
6451
6452         printk(KERN_INFO "%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
6453                tablename,
6454                (1UL << log2qty),
6455                ilog2(size) - PAGE_SHIFT,
6456                size);
6457
6458         if (_hash_shift)
6459                 *_hash_shift = log2qty;
6460         if (_hash_mask)
6461                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
6462
6463         return table;
6464 }
6465
6466 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
6467 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct zone *zone,
6468                                                         unsigned long pfn)
6469 {
6470 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6471         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
6472 #else
6473         return zone->pageblock_flags;
6474 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6475 }
6476
6477 static inline int pfn_to_bitidx(struct zone *zone, unsigned long pfn)
6478 {
6479 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6480         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
6481         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6482 #else
6483         pfn = pfn - round_down(zone->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
6484         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
6485 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6486 }
6487
6488 /**
6489  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
6490  * @page: The page within the block of interest
6491  * @pfn: The target page frame number
6492  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
6493  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6494  *
6495  * Return: pageblock_bits flags
6496  */
6497 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
6498                                         unsigned long end_bitidx,
6499                                         unsigned long mask)
6500 {
6501         struct zone *zone;
6502         unsigned long *bitmap;
6503         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6504         unsigned long word;
6505
6506         zone = page_zone(page);
6507         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6508         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6509         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6510         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6511
6512         word = bitmap[word_bitidx];
6513         bitidx += end_bitidx;
6514         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
6515 }
6516
6517 /**
6518  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
6519  * @page: The page within the block of interest
6520  * @flags: The flags to set
6521  * @pfn: The target page frame number
6522  * @end_bitidx: The last bit of interest
6523  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
6524  */
6525 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
6526                                         unsigned long pfn,
6527                                         unsigned long end_bitidx,
6528                                         unsigned long mask)
6529 {
6530         struct zone *zone;
6531         unsigned long *bitmap;
6532         unsigned long bitidx, word_bitidx;
6533         unsigned long old_word, word;
6534
6535         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
6536
6537         zone = page_zone(page);
6538         bitmap = get_pageblock_bitmap(zone, pfn);
6539         bitidx = pfn_to_bitidx(zone, pfn);
6540         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
6541         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
6542
6543         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(zone, pfn), page);
6544
6545         bitidx += end_bitidx;
6546         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6547         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
6548
6549         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
6550         for (;;) {
6551                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
6552                 if (word == old_word)
6553                         break;
6554                 word = old_word;
6555         }
6556 }
6557
6558 /*
6559  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
6560  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
6561  *
6562  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
6563  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. It means you can't
6564  * expect this function should be exact.
6565  */
6566 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
6567                          bool skip_hwpoisoned_pages)
6568 {
6569         unsigned long pfn, iter, found;
6570         int mt;
6571
6572         /*
6573          * For avoiding noise data, lru_add_drain_all() should be called
6574          * If ZONE_MOVABLE, the zone never contains unmovable pages
6575          */
6576         if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
6577                 return false;
6578         mt = get_pageblock_migratetype(page);
6579         if (mt == MIGRATE_MOVABLE || is_migrate_cma(mt))
6580                 return false;
6581
6582         pfn = page_to_pfn(page);
6583         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
6584                 unsigned long check = pfn + iter;
6585
6586                 if (!pfn_valid_within(check))
6587                         continue;
6588
6589                 page = pfn_to_page(check);
6590
6591                 /*
6592                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
6593                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
6594                  * handle each tail page individually in migration.
6595                  */
6596                 if (PageHuge(page)) {
6597                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
6598                         continue;
6599                 }
6600
6601                 /*
6602                  * We can't use page_count without pin a page
6603                  * because another CPU can free compound page.
6604                  * This check already skips compound tails of THP
6605                  * because their page->_count is zero at all time.
6606                  */
6607                 if (!atomic_read(&page->_count)) {
6608                         if (PageBuddy(page))
6609                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
6610                         continue;
6611                 }
6612
6613                 /*
6614                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6615                  * page_count() is not 0.
6616                  */
6617                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
6618                         continue;
6619
6620                 if (!PageLRU(page))
6621                         found++;
6622                 /*
6623                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
6624                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
6625                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
6626                  */
6627                 /*
6628                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
6629                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
6630                  *
6631                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
6632                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
6633                  * page at boot.
6634                  */
6635                 if (found > count)
6636                         return true;
6637         }
6638         return false;
6639 }
6640
6641 bool is_pageblock_removable_nolock(struct page *page)
6642 {
6643         struct zone *zone;
6644         unsigned long pfn;
6645
6646         /*
6647          * We have to be careful here because we are iterating over memory
6648          * sections which are not zone aware so we might end up outside of
6649          * the zone but still within the section.
6650          * We have to take care about the node as well. If the node is offline
6651          * its NODE_DATA will be NULL - see page_zone.
6652          */
6653         if (!node_online(page_to_nid(page)))
6654                 return false;
6655
6656         zone = page_zone(page);
6657         pfn = page_to_pfn(page);
6658         if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
6659                 return false;
6660
6661         return !has_unmovable_pages(zone, page, 0, true);
6662 }
6663
6664 #ifdef CONFIG_CMA
6665
6666 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
6667 {
6668         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6669                              pageblock_nr_pages) - 1);
6670 }
6671
6672 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
6673 {
6674         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
6675                                 pageblock_nr_pages));
6676 }
6677
6678 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6679 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6680                                         unsigned long start, unsigned long end)
6681 {
6682         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6683         unsigned long nr_reclaimed;
6684         unsigned long pfn = start;
6685         unsigned int tries = 0;
6686         int ret = 0;
6687
6688         migrate_prep();
6689
6690         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6691                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6692                         ret = -EINTR;
6693                         break;
6694                 }
6695
6696                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6697                         cc->nr_migratepages = 0;
6698                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6699                         if (!pfn) {
6700                                 ret = -EINTR;
6701                                 break;
6702                         }
6703                         tries = 0;
6704                 } else if (++tries == 5) {
6705                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
6706                         break;
6707                 }
6708
6709                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6710                                                         &cc->migratepages);
6711                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6712
6713                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
6714                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CMA);
6715         }
6716         if (ret < 0) {
6717                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6718                 return ret;
6719         }
6720         return 0;
6721 }
6722
6723 /**
6724  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6725  * @start:      start PFN to allocate
6726  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6727  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
6728  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6729  *                      in range must have the same migratetype and it must
6730  *                      be either of the two.
6731  *
6732  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
6733  * aligned, however it's the caller's responsibility to guarantee that
6734  * we are the only thread that changes migrate type of pageblocks the
6735  * pages fall in.
6736  *
6737  * The PFN range must belong to a single zone.
6738  *
6739  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
6740  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6741  * need to be freed with free_contig_range().
6742  */
6743 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6744                        unsigned migratetype)
6745 {
6746         unsigned long outer_start, outer_end;
6747         unsigned int order;
6748         int ret = 0;
6749
6750         struct compact_control cc = {
6751                 .nr_migratepages = 0,
6752                 .order = -1,
6753                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6754                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6755                 .ignore_skip_hint = true,
6756         };
6757         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6758
6759         /*
6760          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6761          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6762          * have different sizes, and due to the way page allocator
6763          * work, we align the range to biggest of the two pages so
6764          * that page allocator won't try to merge buddies from
6765          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
6766          * other migration type.
6767          *
6768          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6769          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6770          * we are interested in).  This will put all the pages in
6771          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6772          *
6773          * When this is done, we take the pages in range from page
6774          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6775          * page allocator will never consider using them.
6776          *
6777          * This lets us mark the pageblocks back as
6778          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6779          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6780          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6781          */
6782
6783         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6784                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
6785                                        false);
6786         if (ret)
6787                 return ret;
6788
6789         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6790         if (ret)
6791                 goto done;
6792
6793         /*
6794          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
6795          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6796          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6797          * What we are going to do is to allocate all pages from
6798          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6799          *
6800          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6801          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6802          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6803          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6804          * once this is done free the pages we are not interested in.
6805          *
6806          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6807          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6808          */
6809
6810         lru_add_drain_all();
6811         drain_all_pages(cc.zone);
6812
6813         order = 0;
6814         outer_start = start;
6815         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6816                 if (++order >= MAX_ORDER) {
6817                         ret = -EBUSY;
6818                         goto done;
6819                 }
6820                 outer_start &= ~0UL << order;
6821         }
6822
6823         /* Make sure the range is really isolated. */
6824         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
6825                 pr_info("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
6826                         __func__, outer_start, end);
6827                 ret = -EBUSY;
6828                 goto done;
6829         }
6830
6831         /* Grab isolated pages from freelists. */
6832         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6833         if (!outer_end) {
6834                 ret = -EBUSY;
6835                 goto done;
6836         }
6837
6838         /* Free head and tail (if any) */
6839         if (start != outer_start)
6840                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6841         if (end != outer_end)
6842                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6843
6844 done:
6845         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
6846                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
6847         return ret;
6848 }
6849
6850 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
6851 {
6852         unsigned int count = 0;
6853
6854         for (; nr_pages--; pfn++) {
6855                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6856
6857                 count += page_count(page) != 1;
6858                 __free_page(page);
6859         }
6860         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
6861 }
6862 #endif
6863
6864 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6865 /*
6866  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6867  * page high values need to be recalulated.
6868  */
6869 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
6870 {
6871         unsigned cpu;
6872         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6873         for_each_possible_cpu(cpu)
6874                 pageset_set_high_and_batch(zone,
6875                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
6876         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6877 }
6878 #endif
6879
6880 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6881 {
6882         unsigned long flags;
6883         int cpu;
6884         struct per_cpu_pageset *pset;
6885
6886         /* avoid races with drain_pages()  */
6887         local_lock_irqsave(pa_lock, flags);
6888         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
6889                 for_each_online_cpu(cpu) {
6890                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6891                         drain_zonestat(zone, pset);
6892                 }
6893                 free_percpu(zone->pageset);
6894                 zone->pageset = &boot_pageset;
6895         }
6896         local_unlock_irqrestore(pa_lock, flags);
6897 }
6898
6899 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6900 /*
6901  * All pages in the range must be isolated before calling this.
6902  */
6903 void
6904 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6905 {
6906         struct page *page;
6907         struct zone *zone;
6908         unsigned int order, i;
6909         unsigned long pfn;
6910         unsigned long flags;
6911         /* find the first valid pfn */
6912         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
6913                 if (pfn_valid(pfn))
6914                         break;
6915         if (pfn == end_pfn)
6916                 return;
6917         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6918         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6919         pfn = start_pfn;
6920         while (pfn < end_pfn) {
6921                 if (!pfn_valid(pfn)) {
6922                         pfn++;
6923                         continue;
6924                 }
6925                 page = pfn_to_page(pfn);
6926                 /*
6927                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6928                  * page_count() is not 0.
6929                  */
6930                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6931                         pfn++;
6932                         SetPageReserved(page);
6933                         continue;
6934                 }
6935
6936                 BUG_ON(page_count(page));
6937                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6938                 order = page_order(page);
6939 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
6940                 printk(KERN_INFO "remove from free list %lx %d %lx\n",
6941                        pfn, 1 << order, end_pfn);
6942 #endif
6943                 list_del(&page->lru);
6944                 rmv_page_order(page);
6945                 zone->free_area[order].nr_free--;
6946                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
6947                         SetPageReserved((page+i));
6948                 pfn += (1 << order);
6949         }
6950         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6951 }
6952 #endif
6953
6954 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6955 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6956 {
6957         struct zone *zone = page_zone(page);
6958         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6959         unsigned long flags;
6960         unsigned int order;
6961
6962         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6963         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6964                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6965
6966                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
6967                         break;
6968         }
6969         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6970
6971         return order < MAX_ORDER;
6972 }
6973 #endif